2019 Fiscal Year Annual Research Report
Ｎａイオン輸送性Ｖ型ＡＴＰ加水分解酵素のエネルギー変換機構、機能分化機構の解明
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18J23220
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| Research Institution | The Graduate University for Advanced Studies |
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Principal Investigator |
飯田 龍也 総合研究大学院大学, 物理科学研究科, 特別研究員(DC1)
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2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | Enterococcus hirae / 回転分子モーター / V1-ATPase / VoV1 / 1分子計測 / 化学力学共役機構 / サブステップ / バックステップ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度には、これまでに行ってきた腸内連鎖球菌 (Enterococcus hirae) に由来する回転分子モーターV1-ATPase (EhV1) の1分子解析の結果をまとめた論文を執筆し、V型ATPase 全複合体 (EhVoV1) の1分子解析に移行した。
まず、これまでの研究結果をまとめ、EhV1の化学力学共役機構のモデルを説明した論文を執筆しJournal of Biological Chemistryから出版された。論文中ではEhV1の1分子解析の結果から、1個のATPの加水分解に相当する120°の回転がさらに40°と80°のサブステップに分離できることを初めて報告し、さらにそれぞれがATP加水分解反応の4つの素過程（ATPの結合、ATPの開裂によるADPとリン酸の生成、ADPの解離、リン酸の解離）のうちATPの結合とADPの解離に対応することを明らかにした。また、既に報告されているX線結晶構造解析による構造情報と組み合わせることで、EhV1の化学力学共役機構のモデルを提案した。この論文で報告したEhV1の化学力学共役機構はF-ATPase由来のF1とは異なっており、この違いがF-ATPaseとV-ATPaseの生理的な役割と密に関係していることが示唆された。
次に、高濃度および低濃度のNaイオン条件下でEhVoV1のATP加水分解駆動の1分子解析を行い、Naイオン濃度を下げていくことで、回転速度が低下することを確認した。これは、Naイオンを輸送するVoドメインへのNaイオンの結合が律速段階になるためだと考えられる。また、低Naイオン濃度下において1回転の間に約10箇所の停止点が確認された。Voドメインは、Naイオン結合サイトを有する10個のcサブユニットを持っており、1回転するごとに10個のNaイオンを輸送するため、これが約10箇所の停止点に対応していることが示唆される。今後、Naイオン結合律速の回転における停止時間や停止角度の解析などを行うことで、VoとV1の間の共役機構を解明できると期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
計画では、申請から採用までの期間に、１分子計測でEhV1の化学力学共役機構を解明した論文を投稿し、１年目にはEhVoV1の生化学計測と１分子計測へと移行する予定であった。しかし実際は、EhV1に関する追加実験を優先してから論文の執筆に取りかかった。初めての原著論文ということもあり、当初の予想よりも完成に長い時間を要したが論文は本年度に投稿し出版された。
上記の様に１年目は当初の計画と異なり、EhV1の化学力学共役機構解明のための追加実験の遂行、および論文執筆にほぼ全ての時間を費やした。しかしながら上記論文は、V1-ATPaseの化学力学共役の詳細を明らかにした初めての成果であり、関連分野にとって重要な進捗があったと言える。
そして、２年目にようやくEhVoV1の１分子計測に取りかかることになったが、研究代表者の学生の休学に伴い、本年度２月以降の特別研究員を辞退することとなった。本研究課題の計画をすべて遂行することはできなかったものの、目標のひとつに挙げていた、低Naイオン濃度条件下におけるVoのNaイオン輸送が律速となる回転を観察することに成功した。これは今後、VoとV1の共役機構を解明していく上で重要な進捗であったと言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
申請者が所属大学院休学のため中途辞退。
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Research Products
(4 results)
