2022 Fiscal Year Annual Research Report
ATP 合成酵素のプロトン駆動力から回転エネルギーへの変換機構の解明
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20K06514
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
岸川 淳一 大阪大学, 蛋白質研究所, 助教 (80599241)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 回転分子モーター / V-ATPase / クライオ電子顕微鏡 / 単粒子解析 / 膜タンパク質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、好熱菌 Thermus thermophilus 由来の ATP 合成酵素VoV1 の膜内在性ドメインであるVoの構造解析を行うことで、その回転力発生機構を明らかにしようとするものである。ATP 合成酵素は、細胞の内外に形成されたpH差を利用し、ATPを合成する。VoドメインはpH差に従って流入するプロトンの移動を回転力に変換する。プロトンの輸送（移動）は、Voドメイン内に存在する極性残基や配位する水分子などを介して行われると考えられている。残基や水分子を介して、プロトンが玉突き的に輸送されること（入り口でプロトンが1つ入ると、出口でプロトンが1つ外れる）が、示唆されている。しかし、この予想を結論づけるような構造情報が不足しており、どのように残基や水分子が配位し、プロトンを輸送することで、pH差を回転力に変換しているか不明な点が多い。本研究では、クライオ電子顕微鏡を用いた単粒子解析により、Voドメインの高分解能構造を明らかにする。その構造から、プロトン輸送を実現している水分子や極性残基を同定することで、VoドメインでどのようにpH差が回転に変換されるかを明らかにする。本研究の前進的研究では、T. thermophilus 由来Voドメインの構造を、3.9オングストローム分解能で報告した(Kishikawa et al. 2020 eLife)。本研究では、画像を大量撮影し、解析を行うことで、2.8オングストロームの構造を得ることが出来た。これは膜タンパク質としては十分に高分解能の構造である。また、得られたマップに水分子に相当する密度が確認できたため、それを元に原子モデルを構築した。現在、構築した原子モデルを元に分子シミュレーションを組み合わせて、回転力発生機構の解明に取り組んでいる。
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