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2019 Fiscal Year Annual Research Report

海洋性ビブリオ菌べん毛モーター回転子の構造変化の解明

Research Project

Project/Area Number 17J11237
Research InstitutionNagoya University

Principal Investigator

錦野 達郎  名古屋大学, 理学研究科, 特別研究員(PD)

Project Period (FY) 2017-04-26 – 2020-03-31
Keywords細菌べん毛モーター / エネルギー変換 / 回転子 / 固定子 / 固定子回転子間相互作用 / 構造解析 / Cryo electron tomography / 核磁気共鳴法
Outline of Annual Research Achievements

バクテリアの運動器官であるべん毛は時計回り(CW)と反時計回り(CCW)の両方向に回転することができるモーターである。その回転は、回転子中のC-ringと固定子と呼ばれるタンパク質複合体の相互作用により、細胞膜内外の電気化学ポテンシャルを運動エネルギーに変換することで生じる。C-ringは、3種類のタンパク質[FliG, FliM, FliN]からなり、固定子はNa+イオンチャネルとして働き2種類の膜タンパク質「PomA, PomB」からなる。この中で、FliGは、PomAとの相互作用によるエネルギー変換と、自身の構造変化による回転方向の制御を担っている。しかし、この相互作用や構造変化の詳細は明らかとなっていない。申請者は、CWまたはCCW状態での回転子の構造を比較することで、モーターのエネルギー変換の仕組みを解明するべく、これまでに電子線トモグラフィー法(Cryo-ET)と核磁気共鳴法(NMR)による構造解析を進めてきた。
Cryo-ETでは、米国Yale大学所属のLiu博士のグループと共同研究を進め、得られていた構造情報を基にC-ringの密度マップを作製し、FliG, FliM, FliNの構造を当てはめた。CWとCCWでC-ringの傾きや各分子の配置が異なることが示唆された。この内容を論文にまとめ、現在査読中である。
NMRでは、高圧条件下でのFliGmc断片の解析を行った。圧力に依存した構造変化がみられ、その残基の特定を進めている。
最終年度は、固定子の振る舞いを明らかにするべく、解析を行った。機能解析や精製条件の検討からPomAのFliGとの相互作用領域がNa+依存的に構造変化すること、PomBのPlug領域がPomAとPomBの相互作用を変化させることでチャネルの開閉を制御することを明らかにした。各内容は論文にまとめ、J.Biochemに投稿し受理された。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (12 results)

All 2020 2019 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results) Presentation (7 results) Remarks (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Department of Microbial Pathogenesis/Yale University School of Medicine(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      Department of Microbial Pathogenesis/Yale University School of Medicine
  • [Journal Article] Characterization of PomA periplasmic loop and sodium ion entering in stator complex of sodium-driven flagellar motor2019

    • Author(s)
      Nishikino Tatsuro、Iwatsuki Hiroto、Mino Taira、Kojima Seiji、Homma Michio
    • Journal Title

      The Journal of Biochemistry

      Volume: 167 Pages: 389~398

    • DOI

      10.1093/jb/mvz102

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] In Situ Structure of the Vibrio Polar Flagellum Reveals a Distinct Outer Membrane Complex and Its Specific Interaction with the Stator2019

    • Author(s)
      Zhu Shiwei、Nishikino Tatsuro、Takekawa Norihiro、Terashima Hiroyuki、Kojima Seiji、Imada Katsumi、Homma Michio、Liu Jun
    • Journal Title

      Journal of Bacteriology

      Volume: 202 Pages: -

    • DOI

      10.1128/JB.00592-19

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effect of sodium ions on conformations of the cytoplasmic loop of the PomA stator protein of Vibrio alginolyticus2019

    • Author(s)
      Mino Taira、Nishikino Tatsuro、Iwatsuki Hiroto、Kojima Seiji、Homma Michio
    • Journal Title

      The Journal of Biochemistry

      Volume: 166 Pages: 331~341

    • DOI

      10.1093/jb/mvz040

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Structural change of PomAB stator complex induced by Na+ flux in Vibrio flagellar motor2020

    • Author(s)
      Tatsuro Nishikino, Hiroto Iwatsuki, Taira Mino, Seiji Kojima, Michio Homma
    • Organizer
      第93回日本細菌学会総会
  • [Presentation] 高圧条件下におけるビブリオ菌べん毛モータータンパク質FliGの構造変化の解析2020

    • Author(s)
      錦野達郎、宮ノ入洋平、小嶋誠司、本間道夫
    • Organizer
      第7回将来を見据えた生体分子の構造・機能解析から分子設計に関する研究会
  • [Presentation] 海洋性ビブリオ菌固定子タンパク質PomBのプラグ領域によるイオン透過と固定子複合体形成の制御2019

    • Author(s)
      錦野達郎、岩月啓人、小嶋誠司、本間道夫
    • Organizer
      日本生体エネルギー研究会第45回討論会
  • [Presentation] Tatsuro Nishikino, Hiroto Iwatsuki, Taira Mino, Destabilization of the complex formation allows high Na+ conduction in the PomAB flagellar stator complex2019

    • Author(s)
      Tatsuro Nishikino, Hiroto Iwatsuki, Taira Mino, Seiji Kojima, Michio Homma
    • Organizer
      第57回日本生物物理学会年会
  • [Presentation] べん毛の回転が時計回りに偏るビブリオFliG-G215A変異で生じる構造変化の高圧NMRによる解析2019

    • Author(s)
      錦野達郎、宮ノ入洋平、小嶋誠司、本間道夫
    • Organizer
      第20回若手NMR研究会
  • [Presentation] 海洋性ビブリオ菌固定子複合体の Na+イオン透過における PomAと PomBの相互作用の変化の役割2019

    • Author(s)
      錦野達郎、岩月啓人、三野平、小嶋誠司、本間道夫
    • Organizer
      日本生化学会中部支部第83回例会・シンポジウム
  • [Presentation] Structural analysis of the switching mutants in FliG of marine Vibrio by NMR and Cryo-ET2019

    • Author(s)
      Tatsuro Nishikino, Yohei Miyanoiri, Shiwei Zhu, Seiji Kojima, Jun Liu, Michio Homma
    • Organizer
      第92回細菌学会総会
  • [Remarks] 海洋性ビブリオ菌固定子PomAの細胞質領域におけるナトリウム依存的構造動態解析

    • URL

      http://www.bio.nagoya-u.ac.jp/paper/2019-34/04.html

URL: 

Published: 2021-01-27  

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