生化学的解析と高速原子間力顕微鏡観察によるＡＡＡタンパク質の分子機構の解明

2013 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24370056
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 小椋 光 熊本大学, 発生医学研究所, 教授 (00158825)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: AAAタンパク質 / 分子シャペロン / プロテアソーム / ミトコンドリア / 高速原子間力顕微鏡

Research Abstract

酵母のミトコンドリア内膜に局在するAAAタンパク質Bcs1の機能解析を進め、膜間部に位置するN末端αヘリックス領域の機能的重要性を明らかにし、その結果をBBRC誌に発表した。本論文で、Bcs1と複合体を形成するタンパク質が存在する可能性を示唆し、現在その同定を行っている。また、p97のATP依存的回転運動の高速AFM解析結果をまとめ、Structure誌に報告し、p97の作動モデルを提唱した。酵母のp97ホモログCdc48の変異により、ミトコンドリアの形態異常が起こることを見つけ、電子顕微鏡で詳細な構造解析をし、論文投稿中である。微小管切断活性をもつAAAタンパク質kataninの機能解析では、α、β両チューブリンのC末端領域がkataninによる切断に必要であること、これは単にkataninの微小管への結合では説明できないことを明らかにし、投稿準備中である。また、今年度は26Sプロテアソームの高速AFM観察について技術的進展が見られ、クライオ電顕の解像度に近い画像を取得できている。現在のところ、観察速度は1フレーム/秒とまだ十分でないが、今後条件を検討すれば、高速で高分解能の画像を得ることができると考えられる。一方、基質タンパク質の高速AFM観察にも成功しており、こちらは、不安定なドメインがふらふら動く様子が観察できている。これにより26Sプロテアソームによる基質分解過程の一部始終を高速AFM観察できる可能性が見えてきたが、基質-26Sプロテアソームの高速AFM観察にはまだ至っていない。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

Bcs1とp97の結果を論文発表することができ、Cdc48の論文は投稿中であり、kataninの論文も作成中である。26Sプロテアソームが高速AFMの観察系に乗ってきたことや、p97の変異体の構築や阻害剤の入手ができ、それらの解析に着手していることなど、技術面と試料の調製の両方において今年度の進展が見込まれ、全般的に順調に進展している。

Strategy for Future Research Activity

最終年度となる平成26年度に解析を完了できるものについては論文にまとめ、発表する。論文発表にまで至らないものもあると思われるが、論文発表に必要な主要なデータを平成26年中に取得し、早期発表をめざす。

Research Products

• [Journal Article] A conserved α helix of Bcs1, a mitochondrial AAA chaperone, is required for the Respiratory Complex III maturation. (2014)
  • Author(s): Sawamura, R., Ogura, T., and Esaki, M.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 443 Pages: 997-1002
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2013.12.084. Epub 2013 Dec 19.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-speed atomic force microscopic observation of ATP-dependent rotation of the AAA+ chaperone p97. (2013)
  • Author(s): Noi, K., Yamamoto, D., Nishikori, S., Arita-Morioka, K., Kato, T., Ando, T., and Ogura, T.
  • Journal Title: Structure Volume: 21 Pages: 1992-2002
  • DOI: 10.1016/j.str.2013.08.017. Epub 2013 Sep 19.
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Adaptors of p97 and disease-associated p97 mutations. (2014)
  • Author(s): Yamanaka, K., Murayama, Y., and Ogura, T.
  • Organizer: 231st IMEG seminars & Minisymposium
  • Place of Presentation: 熊本市 熊本大学発生医学研究所
  • Year and Date: 20140221-20140222
• [Presentation] Yeast Cdc48-20S proteasome complex in vitro and in vivo. (2014)
  • Author(s): Esaki, M., Noi, K., and Ogura, T.
  • Organizer: 231st IMEG seminars & Minisymposium
  • Place of Presentation: 熊本市 熊本大学発生医学研究所
  • Year and Date: 20140221-20140222
• [Presentation] High-speed AFM imaging of the 26S proteasome dynamics. (2014)
  • Author(s): Okuno, T., Noi, K., Okawa, A., Tsuchiya, H., Saeki, Y., Takahashi, K., Inobe, T., Yamanaka, K., and Ogura, T.
  • Organizer: 231st IMEG seminars & Minisymposium
  • Place of Presentation: 熊本市 熊本大学発生医学研究所
  • Year and Date: 20140221-20140222
• [Presentation] Observation of AAA chaperone p97 by high-speed AFM. (2014)
  • Author(s): Yamamoto, D., Noi, K., Arita-Morioka, K, Ando, T., and Ogura, T.
  • Organizer: 231st IMEG seminars & Minisymposium
  • Place of Presentation: 熊本市 熊本大学発生医学研究所
  • Year and Date: 20140221-20140222
• [Presentation] Clamp loading by Gamma complex. (2014)
  • Author(s): Karata, K., and Ogura, T.
  • Organizer: 231st IMEG seminars & Minisymposium
  • Place of Presentation: 熊本市 熊本大学発生医学研究所
  • Year and Date: 20140221-20140222
• [Presentation] Biochemical properties of FtsH protease from plants. (2014)
  • Author(s): Ueda, E., Noi, K., Arita-Morioka, K., Ogura, T., Sakamoto, W., Hisabori, T., and Amano, T.
  • Organizer: 231st IMEG seminars & Minisymposium
  • Place of Presentation: 熊本市 熊本大学発生医学研究所
  • Year and Date: 20140221-20140222
• [Presentation] High-speed AFM observation of ATP-dependent rotation of the AAA chaperone p97 and its interaction with TDP-43 amyloid fibrils. (2014)
  • Author(s): Noi, K., Yamamoto, D., Arita-Morioka, K., Ando, T., and Ogura, T.
  • Organizer: 231st IMEG seminars & Minisymposium
  • Place of Presentation: 熊本市 熊本大学発生医学研究所
  • Year and Date: 20140221-20140222
• [Presentation] 植物由来FtsHプロテアーゼの分子機構. (2013)
  • Author(s): 斉藤 勝広, 植田 依里, 柿本 衿菜, 鈴木 香於里, 原 怜, 久堀 徹, 加藤 裕介, 坂本 亘, 野井 健太郎, 有田 健一, 小椋 光, 天野 豊己
  • Organizer: 日本生体エネルギー研究会 第39回討論会
  • Place of Presentation: 静岡市, 静岡県コンベンションアーツセンター
  • Year and Date: 20131218-20131220
• [Presentation] 線虫を用いた疾患型変異CDC-48/p97/VCPの機能解析 (2013)
  • Author(s): 山中 邦俊, 村山 佑樹, 小椋 光
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸市、神戸国際展示場
  • Year and Date: 20131203-20131206
• [Presentation] In vivo においてCdc48は20Sプロテアソーム複合体と相互作用する. (2013)
  • Author(s): 江崎 雅俊, 野井 健太郎, 佐伯 泰, 小椋 光
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸市、神戸国際展示場
  • Year and Date: 20131203-20131206
• [Presentation] 呼吸鎖複合体III形成におけるAAA分子シャペロンBcs1pのN末端の機能解析. (2013)
  • Author(s): 澤村 理英, 江崎 雅俊, 小椋 光
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸市、神戸国際展示場
  • Year and Date: 20131203-20131206
• [Presentation] 高速AFMによる26Sプロテアソームのダイナミクス解析. (2013)
  • Author(s): 奥野 貴士, 野井 健太郎, 大川 阿紀子, 土屋 光, 佐伯 泰, 高橋 一暢, 伊野部 智由, 山中 邦俊, 小椋 光
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸市、神戸国際展示場
  • Year and Date: 20131203-20131206
• [Presentation] Dynamics of p97 and the 26S proteasome in action revealed by high-speed atomic force microscopy. (2013)
  • Author(s): Ogura, T., Noi, K., Okuno, T., Arita-Morioka, K., Yamamoto, D., Okawa, A., Tsuchiya, H., Saeki, Y., Ando, T., Esaki, M., and Yamanaka, K.
  • Organizer: EMBO Workshop on AAA+ Proteins
  • Place of Presentation: Commundo Hotel, Neuss, Germany.
  • Year and Date: 20130915-20130919
  • Invited
• [Presentation] Functional analysis of disease-associated mutant CDC-48/p97/VCP in C. elegans. (2013)
  • Author(s): Yamanaka, K., Murayama, Y., and Ogura, T.
  • Organizer: EMBO Workshop on AAA+ Proteins
  • Place of Presentation: Commundo Hotel, Neuss, Germany.
  • Year and Date: 20130915-20130919
• [Presentation] Non-consevation of the aromatic residue in the D1 pore loop of yeast Cdc48 is essential for cell viability. (2013)
  • Author(s): Esaki, M., and Ogura, T.
  • Organizer: EMBO Workshop on AAA+ Proteins
  • Place of Presentation: Commundo Hotel, Neuss, Germany.
  • Year and Date: 20130915-20130919
• [Presentation] Biochemical analysis of molecular mechanisms of the interaction between VCP/p97 and amyloid fibrils of TDP-43. (2013)
  • Author(s): Noi, K., Arita-Morioka, K., Ogi, H., Hirao, M., and Ogura, T.
  • Organizer: EMBO Workshop on AAA+ Proteins
  • Place of Presentation: Commundo Hotel, Neuss, Germany.
  • Year and Date: 20130915-20130919
• [Presentation] The N-terminal region of Bcs1p is important for the respiratory chain complex III assembly. (2013)
  • Author(s): Sawamura, R., Esaki, M., and Ogura, T.
  • Organizer: EMBO Workshop on AAA+ Proteins
  • Place of Presentation: Commundo Hotel, Neuss, Germany.
  • Year and Date: 20130915-20130919
• [Presentation] 分子シャペロンVCP/p97とTDP-43アミロイド線維の相互作用の分子機構の解析. (2013)
  • Author(s): 野井 健太郎, 有田ー森岡 健一, 小椋 光
  • Organizer: 第13回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 鳥取市、とりぎん文化会館
  • Year and Date: 20130612-20130614
• [Presentation] AAA chaperones, focusing on the molecular mecanism of p97. (2013)
  • Author(s): Ogura, T., Noi, K., Arita-Morioka, K., Yamamoto, D., Ando, T., Nishikori, S., Esaki, M., and Yamanaka, K.
  • Organizer: EMBO Conference The biology of molecular chaperones
  • Place of Presentation: Margherita de Pula, Italy
  • Year and Date: 20130517-20130522
  • Invited
• [Book] Subcell. Biochem (2013)
  • Author(s): Okuno, T., and Ogura, T.
  • Total Pages: 17
  • Publisher: Springer
• [Book] Handbook of Proteolytic Enzymes, 3rd edition (2013)
  • Author(s): Ogura, T., Okuno, T., Suno, R., and Akiyama, Y.
  • Total Pages: 8
  • Publisher: Elsevier Ltd.
• [Remarks] 熊本大学発生医学研究所分子細胞制御分野のホームページ
  • URL: http://mukb.medic.kumamoto-u.ac.jp/fukusei/index.html
• [Remarks] 熊本大学発生医学研究所分子細胞制御分野 AAAホームページ
  • URL: http://mukb.medic.kumamoto-u.ac.jp/AAA/aaainfo.html
• [Remarks] 熊本大学発生医学研究所のホームページ
  • URL: http://www.imeg.kumamoto-u.ac.jp/index.html