2023 Fiscal Year Research-status Report
Complex Allosteric Regulations in Clock Proteins
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22K15051
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| Research Institution | Institute for Molecular Science |
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Principal Investigator |
古池 美彦 分子科学研究所, 協奏分子システム研究センター, 助教 (70757400)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 概日時計 / 時計タンパク質 / ATP加水分解反応 / 自己脱リン酸化・自己リン酸化 / アロステリー / KaiC |
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| Outline of Annual Research Achievements |
時計タンパク質KaiCは、N末端ドメイン(C1)においてATPを加水分解（ATPase）し、時計システムのペースを規定する。C末端ドメイン(C2)ではリン酸化/脱リン酸化が繰り返されて振幅の大きな波形を生み出す。KaiA, KaiB, KaiCを試験管内で混合すると、KaiCのATPase活性・リン酸化状態が約24時間周期で振動する。
KaiCはS431、T432を自己リン酸化する。「夜」の位相で自己リン酸化したKaiC（KaiC-pST: SはS431, TはT432, pはリン酸化を示す）は、「夜明け」において脱リン酸化し（KaiC-ST）、「朝」に新しいサイクルを開始する（KaiC-SpT）。脱リン酸化からリン酸化へ転じるメカニズムを明らかにするため、S431, T432に変異導入して夜明けのKaiの構造と機能を調査した。X線結晶構造解析・生化学実験によってC2のリン酸化部位周辺、C1-C2界面、C1-ATPase活性部位の構造と機能を明らかにした。KaiCは「夜明け」において、C1-C2両ドメインをアロステリックに協働させることによって、「夜」「朝」の切替を行っていた。
ここで述べたリン酸化部位のうち、KaiC-STは自律的にT432を優先してリン酸化する。この反応はATPとT432側鎖の水酸基のあいだで進行すると考えられるが、そのメカニズムはこれまで明らかではなかった。Quantum Mechanics/ Molecular Mechanics（QM/MM）法によってT432リン酸化反応を可視化し、T432水酸基からプロトンを引き抜く一般塩基を特定した。また生化学実験を通して、一般塩基の触媒能を間接的に調節する部位を明らかにした。これによってはじめてKaiCの詳細な自己リン酸化メカニズムが提唱できた。
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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
時計タンパク質のアロステリーにかかわるKaiC分子全体にかかる構造変化、活性部位における微小な構造変化を捉えることができ、本課題の目的を部分的に達成した。
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| Strategy for Future Research Activity |
時計タンパク質KaiCに相互作用する低分子化合物のスクリーニング、アロステリック阻害剤としての候補化合物の絞り込み、KaiC結晶の高分解能化、新規なアロステリック阻害剤とKaiCの複合体のX結晶構造解析等を実施する。
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| Causes of Carryover |
購入を予定していた新規なタンパク質精製カラムの発売が新年度以降に変更となったため。
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