2021 Fiscal Year Research-status Report
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21K06036
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| Research Institution | Kitasato University |
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Principal Investigator |
松井 崇 北里大学, 理学部, 講師 (30463582)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
横山 武司 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (20719447)
渡辺 豪 北里大学, 理学部, 准教授 (80547076)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | FtsZ / 分子動力学計算 / X線結晶構造解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、真正細菌の細胞分裂制御に関わるタンパク質であるFtsZを対象とする。そのなかでも、FtsZが有する重合・乖離機構や重合構造の湾曲化などの繊維化機構を分子動力学計算、X線結晶構造解析やクライオ電子顕微鏡によるフィラメント構造の構造解析により、解明するものである。
本研究を達成するために、本年度は申請者らが過去に行ったFtsZ変異体の発現・調製・結晶構造解析に倣って2状態（T構造およびR構造）それぞれの構造状態への安定化に寄与すると思われる残基の点変異体の結晶構造解析を行った。その結果、複数の変異体の結晶構造を得ることに成功したが、これらの点変異部位ではもう一方の構造状態へ遷移するような構造変化が生じないことが明らかとなった。この結果をもとに、現在、異なる領域に存在する残基に対する変異体の構造解析に向けて、変異体試料を調製中である。これらに並行して、クライオ電子顕微鏡用試料調製にも着手し、いくつかのFtsZにおいて安定的な重合状態を再現性良く調製できる状況を確立した。
分子動力学計算においては、FtsZの構造状態の違いでの安定性を評価することに成功し、現在、重合構造状態での分子動力学計算に向けて計算条件等を検討している。
さらに、構造解析が計画通り進まない場合に備え、重合状態の結合界面を正確に捉えることを目標に、ナノフローHPLCを接続した質量分析計 (nanoLC-MS/MS) を用いた相互作用残基の同定解析法の確立を目指し、研究を進めている。種々の実験条件を検討したところ、タンパク質の構造状態を反映した情報をMSにより捉らえる手法を確立できたため、これらの手法も駆使してFtsZの繊維化機構の解明を目指してく。
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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
本研究目的を達成するために、異なる複数の細菌由来のFtsZおよびFtsZ変異体の調製に成功した。さらに、調製したFtsZは高エネルギー加速器研究機構のPhoton FactoryにてX線回折実験を行い、いくつかの変異体構造の解析に成功している。
また、分子動力学計算において、いくつかの前段階での検討を行うことで計算するパラメータを決定し、FtsZ単量体については動的構造の安定性を評価した。さらに、重合構造を模倣するための二量体、三量体の計算条件も検討した。
クライオ電子顕微鏡によるフィラメント構造の解析のために、高純度かつ安定的に重合構造を形成する試料条件を検討し、黄色ブドウ球菌FtsZについてはこれらの条件を満たした試料が調製できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
X線結晶構造解析については、まだT構造・R構造の各構造の安定化に寄与する残基が特定できておらず、構造変化が観測できていない。そこで、分子動力学計算を組み合わせて構造安定化に寄与すると考えられる残基の特定を目指す。
また、クライオ電子顕微鏡のための試料調製は、いくつかの細菌由来のFtsZの調製とクライオ電子顕微鏡による測定を通して、繊維化機構や繊維構造の相違を確認する。
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| Causes of Carryover |
当初予定より研究が進展し、予定していた消耗品使用量が抑えられたため。
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[Presentation] 海洋天然物由来の新規生理活性タンパク質の構造機能解析2021
Author(s)
田中良和, 影山大夢, 辺ひろみ, 増渕菜弥, 中島寛也, 小野寺かこ, 大城拓未, 松井崇, 小寺義男, 小川智久, 横山武司, 小松則夫, 荒木真理人, 酒井隆一
Organizer
第94回日本生化学会大会
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