2020 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of prokaryotic nanosized-organelle regulatory mechanism using molecular imaging
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19H02868
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
田岡 東 金沢大学, 生命理工学系, 准教授 (20401888)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 細菌 / オルガネラ / イメージング / 細胞骨格 / 磁性細菌 / アクチン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、磁性細菌のマグネトソームの細胞内配置と機能を制御するための仕組みを分子レベルで明らかにすることを目的とする。マグネトソームを細菌オルガネラのモデルとして、細胞骨格による細菌オルガネラの配置や機能制御の仕組みを解明する。
MamK蛋白質は磁性細菌に保存されたアクチン様細胞骨格蛋白質であり、細胞内でマグネトソームを結合している。一方、MamJはMamK結合蛋白質として知られており、MamK繊維とマグネトソームを結合させるアダプター蛋白質として働く、というモデルがMamJの発見当初に発表された。その後、MamJは、細胞内でのMamK動態に必要であることが報告されたが、MamJの分子機能は未だに不明である。今年度は、高速原子間力顕微鏡（高速AFM）を用いて、in vitroでMamJ蛋白質のMamK重合への影響を検証した。単量体MamKにMamJとATPを加えて、動的なMamK重合過程を高速AFM観察したところ、反応液中に添加するMamJ濃度依存的にMamK繊維の長さが短くなることがわかった。MamK繊維は一定の長さまで成長し、その後成長を停止した。興味深いことに、反応液中のMamKとMamJの量比を細胞内の量比にして実験したところ、クライオ電子線トモグラフィで観察された細胞内のMamK繊維と類似した長さの繊維が形成されることがわかった。一方、MamJの添加は、MamKのATPase活性やMamK繊維の極性に影響しないことを確認した。以上のことから、MamJはMamKの重合特性を調節する蛋白質であることが初めて示唆された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
高速AFMによるin vitro解析の結果、これまで報告されていないMamJの機能を示唆する結果が得られ、MamK細胞骨格によるマグネトソーム配置のメカニズム解明のための新たな手がかりが得られた。当初の計画では、予想されていない成果が得られており、当初の研究計画の目標を十分に達成しており、概ね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度は、昨年度に確認されたMamJによるMamK重合制御のメカニズムの解明を目指す。いくつかの変異型MamK蛋白質（ATPase活性を示さない変異型蛋白質など）を用いてMamJの重合特性への影響を高速AFM観察で調べることで、MamK重合のどの過程にMamJが影響しているのか検討する。また、MamJの部分アミノ酸配列配列を欠く変異型MamJ蛋白質を作成し、MamJのどのアミノ酸配列がMamK重合制御に必要かを確認する。さらに、MamKとMamJを含む反応液に蛍光標識したマグネトソームや蛍光ビーズを添加し、MamK細胞骨格によるマグネトソーム配置のin vitroでの再構成実験に取り組むことで、マグネトソーム配置におけるMamKやMamJの役割を検証する。
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