2021 Fiscal Year Annual Research Report
ミトコンドリア膜間部タンパク質の外膜透過における分子機構の解明
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20J00033
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| Research Institution | Kyoto Sangyo University |
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Principal Investigator |
阪上 春花 京都産業大学, 生命科学部, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2020-04-24 – 2023-03-31
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| Keywords | ミトコンドリア / 膜透過装置 / タンパク質輸送 / 膜間部タンパク質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ミトコンドリアは外膜、内膜、膜間部、マトリックスの4つの区画に分けられる。ミトコンドリアタンパク質はサイトゾルで合成され、膜透過装置を介して適切な区画へ輸送される。本研究は膜間部タンパク質の外膜透過の分子機構の解明を目的とする。以前の研究で、膜間部タンパク質の外膜透過時に、膜透過装置であるTOM複合体の3量体-2量体の変換が重要であることを示している。小分子チャネルであるポリンがTOM複合体の変換に関与しており、Tom22との相互作用を介して3量体-2量体の変換を可能にするが、ポリンがTom22とどのように相互作用するかは不明であった。そこで当該年度は、出芽酵母のポリンであるPor1とTom22の相互作用部位を明らかにし、3量体-2量体の変換を阻害するPor1変異体の取得を目指した。先行研究の部位特異的光架橋実験で、Tom22の膜間部側ドメインの残基とPor1が架橋されることが報告されていたことから、Por1の膜間部側のループに変異を導入し、Tom22との相互作用が阻害される変異体を探索した。その結果、Por1の2ヶ所のループにそれぞれ電荷を逆転させる変異を導入することで、Tom22との架橋産物が消失すること、TOM複合体の3量体-2量体の平衡が3量体側にシフトすることを示した。さらに、このポリン変異体では膜間部タンパク質のインポート効率が低下することも示した。Tom22の膜間部側ドメインには負電荷のクラスターが存在する。Por1のループに存在する正電荷アミノ酸を負電荷に変えることでTom22との相互作用が阻害されたことから、TOM複合体から解離したTom22はPor1と膜間部側で静電的に相互作用することで、3量体-2量体の変換を可能にしていると考えられる。
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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
低分子チャネルであるポリンがTOM複合体の3量体-2量体の変換を調節することを論文で報告した2019年時点では、ポリン欠損体を使用した解析が主であったため、チャネル活性不全による2次的影響を排除しきれなかった。当該年度の取り組みにより、TOM複合体の3量体-2量体の変換を阻害するポリン変異体の取得に成功した。このポリン変異体ではポリンタンパク質が発現しているにも関わらず、TOM複合体の平衡が3量体側にシフトし、膜間部タンパク質のインポートが低下した。以上のことから、ポリンによるTOM複合体の変換が膜間部タンパク質のインポートに重要であること強く支持する結果を得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
以前の研究で、ポリン欠損による膜間部タンパク質のインポート阻害は発酵条件で顕著に見られる一方で、呼吸条件ではインポート効率が回復する現象が見られていたが、そのメカニズムは未だ不明である。膜間部タンパク質には膜透過装置のアセンブリーに関与する因子や、呼吸鎖複合体の構成因子などが含まれており、欠損させると致死になる。したがって、ミトコンドリアの活性が必要とされる呼吸条件では、膜間部タンパク質のインポートを促進する未知の因子が存在すると考えられる。今後は、基質である膜間部タンパク質か、あるいは膜間部タンパク質の成熟化に関わるMia40をターゲットとし、発酵条件と呼吸条件の各条件で相互作用するタンパク質を解析することで、膜間部タンパク質のインポートを促進する因子の同定を目指す。
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