2018 Fiscal Year Research-status Report
回転分子モーター制御機構解明への再構成的アプローチ
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17KT0026
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| Research Institution | Hosei University |
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Principal Investigator |
川岸 郁朗 法政大学, 生命科学部, 教授 (80234037)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西山 雅祥 近畿大学, 理工学部, 准教授 (10346075)
北尾 彰朗 東京工業大学, 生命理工学院, 教授 (30252422)
今田 勝巳 大阪大学, 理学研究科, 教授 (40346143)
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| Project Period (FY) |
2017-07-18 – 2020-03-31
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| Keywords | べん毛モーター / モーター制御 / 走化性 / 圧力 / 蛋白質構造 / MD / 大腸菌 / コレラ菌 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度までに引き続き，大腸菌べん毛モーターの回転が，高圧力で反時計回り(CCW)に固定される現象を追究した．まず，昨年度までよりさらに高精度なデータを得て解析を行った．走化性シグナル伝達系遺伝子を欠失した株中で，モーター回転方向制御蛋白質CheYの発現量を増加させたり，モーターとの親和性が上昇する変異を導入したりすると，CCW回転固定により高い圧力が必要となった．CheYの標的であるモーター蛋白質FliMへの変異導入の結果も併せて，高圧力によりモーターとCheYの親和性が低下すると結論した．さらに，詳細なMDシミュレーションを行い， CheYとFliMのN末端領域との結合に対する圧力の影響を解析した．実験結果との結果より，べん毛モーターの回転制御の決定的ステップCheY-FliM相互作用に関して新たな知見が得られた．
一方，１本の極毛をもつコレラ菌のべん毛回転方向制御に関しても，昨年度までの知見に基づき，さらに高精度の解析を行った．構成的アプローチとして，コレラ菌と大腸菌のキメラFliMを大腸菌に発現させてべん毛の回転を計測した．キメラFliM発現菌では，CheYの発現量増加に伴ってCW回転する割合の上昇は，大腸菌と同様に高い協同性を示したが，キメラFliMの大腸菌由来部位をコレラ菌型に置換すると，CheY作用の協同性が低下した．また，コレラ菌において，FliMの上述の残基を大腸菌型に置換すると，CheY作用の協同性が上昇し，忌避物質を与えてもべん毛を前にして直線的に泳ぎ，方向転換頻度を上昇させる応答ができなくなった．以上の結果は，べん毛モーターの回転方向を切り替えて走化性応答を実現する分子機構に示唆を与えるものである．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
CheYによるべん毛モーター回転方向制御に対する圧力の影響に関しては，順調に研究が進んでいる．現在，実験データとMDシミュレーションの精度を高め，近々論文投稿する方向で進めている．コレラ菌べん毛モーターの回転制御協同性に関しても，基礎的なデータは得られた．ただし，CheYの濃度を一細胞レベルで計測するなどして実験データの信頼性を高める必要がある．論文投稿に向けて進めている．以上と比較して構造解析は遅れている，現在新たに方針を検討中である．
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| Strategy for Future Research Activity |
まず，CheYによるべん毛モーター回転方向制御に対する圧力の影響に関する実験とMDシミュレーションに関して，データを精査し，必要に応じて再取得するなどしたうえで，論文にまとめて投稿する．また，コレラ菌べん毛モーターの回転制御協同性に関しては，新たにCheY-GFPを用いた1細胞レベルでの発現量測定と回転方向計測を組み合わせた実験を行い，論文にまとめて投稿する．また，CheYにより回転速度が制御される海洋ビブリオ属細菌側べん毛モーターの解析も進める．さらに，大腸菌と他の細菌（コレラ菌以外）とのキメラモーターの解析も試みる．さらに，コレラ菌・海洋ビブリオ属細菌における異種蛋白質同時発現の問題点の検討を進め，構造解析に向けて研究を遂行する．
特筆すべきこととして，2019年9月には，日本生物物理学会（宮崎市）において，本研究課題に関連したシンポジウム「静水圧刺激により生命機能を操作する」を開催する予定である．
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| Causes of Carryover |
西山の研究機関移動，および川岸の使用している顕微鏡等の不調により，次年度に予定していた以上の研究経費が見込まれたため．後者については，どのような対応が可能か，複数のメーカーを交えて検討中である．
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