Structural analysis of the axonemal dynein responsible for ciliary/flagellar beating

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26291014
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 栗栖 源嗣 大阪大学, たんぱく質研究所, 教授 (90294131)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 生体運動 / 構造解析 / 生物物理

Outline of Annual Research Achievements

ダイニンはATP加水分解による化学エネルギーを力学的運動へと変換する事で、微小管上をマイナス端方向へと移動し生命活動維持に必要な様々な細胞運動を駆動する分子モーターの1つである。ダイニンは生理機能の違いから細胞質ダイニンと軸糸ダイニンの2種類に大別される。細胞質ダイニンは細胞内小胞や細胞内小器官の輸送などに働き、軸糸ダイニンは鞭毛・繊毛運動に特徴的なダイニンである。生理機能の異なる2種類のダイニンは分子構成などで異なる点も多く，特に軸糸ダイニンについては多様性が大きく不明な点も多く残されている。
細胞質ダイニンを用いた複数の構造解析から，運動活性を担うダイニン重鎖 (>500kDa) にはATP加水分解活性をもつAAA+リング、リンカー、ストークの3つの構造領域が存在し、各構造領域がモーターに必要とされる機能を分担していると考えられている。特にAAA+リングから突き出たストーク領域は長さが約15nmもあり，その先端に微小管結合部位（MTBD）が存在している。運動活性にはAAA＋リングにおける加水分解活性とMTBDの微小管結合・解離が連動する必要があり，ストーク領域を介した情報伝達が必須である。電子顕微鏡解析から，2種類のダイニンのドメイン構造は類似していると報告されているが，ストーク領域を介した情報伝達や微小管との相互作用様式に共通性があるかどうかなどの詳細は未解明な部分が多い。そこで，マウスの細胞質ダイニンと幾種か軸糸ダイニンのストーク領域を組換え体として調製し構造解析を行った．その結果，軸糸ダイニン軽鎖単体の結晶構造，軽鎖とMTBDとの複合体構造，および軸糸ダイニンストーク領域の結晶化に成功した。圧倒的に解析数が少ない軸糸ダイニンの構造解析を進める事ができ，両ダイニンの構造・機能相関の違いを議論する事が出来た。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Connecticut(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University of Connecticut
• [Journal Article] Structural atlas of dynein motors at atomic resolution (2018)
  • Author(s): Akiyuki Toda, Hideaki Tanaka, Genji Kurisu
  • Journal Title: Biophys Rev. Volume: 10 Pages: 677-686
  • DOI: 10.1007/s12551-018-0402-y
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Structural Change in the Dynein Motor Domain Associated with two Different Affinities for the Microtubule (2018)
  • Author(s): Kurisu, G
  • Organizer: Japan-Korea Bilateral Symposium between SNU and IPR on Structure and Folding of Disease Related Proteins, Seoul, Korea
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Structural insights into complex formation of the axonemal dynein light chain-1 and OADγ stalk (2018)
  • Author(s): Toda, A., Tanaka, H., Nishikawa, Y., Yagi, T., Kurisu, G.
  • Organizer: 62th Annual Meeting Biophysic Society, CA,USA
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Structure-Function Relationships of the Dynein Stalk (2017)
  • Author(s): Kurisu, G
  • Organizer: IPR-Astbury Mini-Symposium “Integrative Structural and Chemical Biology”, UK
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Structure-Function Relationships of the Dynein Stalk (2017)
  • Author(s): Kurisu, G
  • Organizer: The Third Trilateral Workshop for Frontier Protein Studies 2017, 上海 China
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 細胞質ダイニンのマルチスケールシミュレーション：全原子から連続体へ (2017)
  • Author(s): 飯田 慎仁, Hanson Benjamin, 神谷 成敏, 栗栖 源嗣, 昆 隆英, 中村 春木, Harris Sarah
  • Organizer: 第55回日本生物物理学会年会, 熊本市
• [Presentation] Structural insights into complex formation of the axonemal dynein light chain-1 and OADγ stalk (2017)
  • Author(s): Toda, A., Tanaka, H., Nishikawa, Y., Yagi, T., Kurisu, G.
  • Organizer: International Workshop Dynein 2017, 淡路島市
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Structural Change in the Dynein Motor Domain Associated with two Different Affinities for the Microtubule (2017)
  • Author(s): Kurisu, G
  • Organizer: Structural Biology Brussels, Brussel Belgium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 研究プロジェクト
  • URL: http://www.protein.osaka-u.ac.jp/crystallography/LabHP/RESEARCH.html