2019 Fiscal Year Research-status Report
病原性大腸菌等の細菌における膜環境の変化と連動した膜タンパク質形成機構の解明
| Project/Area Number |
18KK0197
|
|---|
| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
|---|
Principal Investigator |
塚崎 智也 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (80436716)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
塩田 拓也 宮崎大学, キャリアマネジメント推進機構, 准教授 (20819304)
西山 賢一 岩手大学, 農学部, 教授 (80291334)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-10-09 – 2021-03-31
|
| Keywords | 膜タンパク質 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では病原性大腸菌等の細菌の膜タンパク質形成過程を解明すべく研究を進めている。大腸菌内膜へのタンパク質膜挿入には糖脂質MPIaseと膜タンパク質YidCが重要な役割を担う。MPIaseの解析においては，無秩序な自発的膜挿入を完全に排除したタンパク質膜挿入反応の再構成系を確立し，膜挿入には糖脂質MPIaseが必須でYidCタンパク質は膜挿入反応を加速することを明らかにした。YidCの解析においては，前年度に報告したYidCの高分解能構造解析と過去のYidCの構造解析とを比較し詳細な考察を行い，総説として発表した。また，YidCの分子メカニズムをより詳細と明らかとすべく基質タンパク質やMPIaseとの共結晶化を試みた。
グラム陰性菌の外膜の形成機構、特に外膜に存在する様々な役割を持つ多種多様な「外膜タンパク質」の正しい立体構造形成を伴った膜組込み「アセンブリー」について解析してきた。アセンブリーは外膜に存在するBAM複合体等の分子装置により行われる。塩田らは、アセンブリー解析のためのin vitro再構築実験としてEMMアセンブリーアッセイを開発した。これまでEMMアセンブリーアッセイを改変したスクリーニング系を開発し、BAM複合体に対する阻害ペプチドを４種類単離することに成功した。また、阻害ペプチドに含まれている配列を解析することにより、βバレル型膜タンパク質の構造上に高度に保存されているプロリン残基とタイロシン残基があり、これがアセンブリーに必須であることを突き止めた。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
おおむね順調に研究が進行した結果，国際的に原著論文，レビュー論文，解説記事を発表した。
|
| Strategy for Future Research Activity |
生体膜には多くの膜タンパク質が存在し，様々な役割を果たしている。新規に合成された膜タンパク質は膜へと組み込まれアッセンブリーをするなどして機能的な複合体を形成するが，その過程の詳細は不明である。大腸菌などの膜タンパク質の膜組み込みやアッセンブリーには，膜タンパク質SecYEG, SecDF, YidC, BAM複合体や糖脂質MPIaseなどが複雑に連携すると考えられている。BAM複合体は外膜タンパク質の形成，それ以外は内膜タンパク質の形成に関わる。これらの分子メカニズムには未だ不明な点が多く，今後も継続してさらなる解析を続ける。構造解析ではSecYEG, YidC, SecDF, MPIase, BAM複合体を含む2者，3者複合体の構造をX線結晶構造解析で明らかとすべく研究を進める。同時に，基質との構造解析を進める。取得した構造情報に基づく分子メカニズムの解明には生物物理学的な手法やコンピューターシミュレーションによる解析を新たな国際共同研究で進める。また，特にMPIaseの解析において，MPIaseとYidCとの機能的な連携を詳細に調べるため，MPIaseの化学修飾体や部分合成標品を用い、YidC変異体がタンパク質の膜挿入活性に及ぼす影響を再構成系で評価する。さらに、YidCやSecYEGにタグを付加し、MPIaseが共精製されるかどうか調べ、これらの直接的な相互作用を示す。また，BAM複合体の動的な分子メカニズムの解明のため，シグナル認識時のBAM複合体の立体構造を中性子反射率法をもちいて評価する。中性子反射率法はJ-Parcにて実施し、国際共同研究者のShen研究室からスタッフを派遣してもらい解析を進める。さらに、生化学的手法および、部位特異的光架橋法をもちいて、シグナルを認識するBAM複合体のサブユニットと部位を決定する。これらの解析を通して、膜タンパク質のアセンブリーの分子機構の解明と膜形成機構の解明を目指す。
|
| Causes of Carryover |
国際的な活動が新型コロナウイルスのため一部研究活動が制限され，実験が計画通り進まなかったため。
|
-
-
-
-
[Journal Article] Structure of the mitochondrial import gate reveals distinct preprotein paths2019
Author(s)
Araiso Yuhei, Tsutsumi Akihisa, Qiu Jian, Imai Kenichiro, Shiota Takuya, Song Jiyao, Lindau Caroline, Wenz Lena-Sophie, Sakaue Haruka, Yunoki Kaori, Kawano Shin, Suzuki Junko, Wischnewski Marilena, Schutze Conny, Ariyama Hirotaka, Ando Toshio, Becker Thomas, Lithgow Trevor, Wiedemann Nils, Pfanner Nikolaus, 他２人
-
Journal Title
Nature
Volume: 575
Pages: 395～401
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
