2020 Fiscal Year Annual Research Report
Broad dynamic range regulation in eukaryotic chemotaxis by trimeric G protein shuttling
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17K07396
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
上村 陽一郎 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 上級研究員 (20321599)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 三量体Gタンパク質シャトリング / 走化性 / 細胞性粘菌 / Gip1 / 三量体Gタンパク質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒトの白血球や細胞性粘菌のような走化性細胞は１%程度の濃度勾配を10万倍もの濃度域に渡り検出する能力を持つ。本研究では、申請者が見出した走化性ダイナミックレンジを広く維持する三量体Gタンパク質シャトリングの分子基盤を明らかにした。Gタンパク質シャトリングにはGip1とGタンパク質の複合体形成が重要な役割を果たす。細胞質に局在するGip1はGタンパク質の結合因子として同定された。しかし、疎水的な脂質修飾を持つGタンパク質がどのように親水的な環境の細胞質でGip1と複合体を形成するかは不明であった。
「Gip1とGタンパク質の結合様式」を明らかにするため、Gip1のGタンパク質結合領域についてX線結晶構造解析をおこなった。その結果、Gip1は６つのアルファヘリックスがカゴ状の形態を構築し、その内部に疎水性の穴を形成していた。一方、Gip1との結合にはGタンパク質のガンマサブユニットに修飾されたゲラニルゲラニル基が必須であった。これまでの結果をまとめて「走化性ダイナミックレンジ拡張における三量体Ｇタンパク質シャトリング」について次のようなモデルを構築した。細胞膜から解離したGタンパク質は細胞質でGip1と複合体を形成する。この時、Gタンパク質のガンマサブユニットの脂質修飾はGip1の疎水性の穴に刺さっている。これにより両者は親水性の環境でも安定した複合体を維持する。走化性物質の刺激が入ると、Gip1はPHドメインを介して未同的のシグナルを受容し、疎水性の穴の大きさを変化させる。その結果、結合しているGタンパク質が解離し、細胞膜へと移行する。この反応により、走化性細胞は化学物質の勾配情報を正確に活性化Gタンパク質シグナルとしてアウトプットできる。このようなGip1依存的Gタンパク質シャトリングは特に高濃度域での走化性に必須の役割を持つ。
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