核ゲノム及び葉緑体ゲノムにコードされたタンパク質の協調したチラコイド移行の解析

• Project/Area Number: 12025213
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 遠藤 斗志也 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 教授 (70152014)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 西川 周一 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助手 (10252222) ; 吉久 徹 名古屋大学, 物質科学国際研究センター, 助教授 (60212312)
• Project Period (FY): 2000
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2000)
• Budget Amount: ¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000); Fiscal Year 2000: ¥3,500,000 (Direct Cost: ¥3,500,000)
• Keywords: 葉緑体 / タンパク質輸送 / チラコイド / Sec経路 / 膜透過チャネル / Toc / Tic

Research Abstract

核ゲノムにコードされたタンパク質は二枚の包膜を通過してストロマに達し,その後チラコイドに移行する。外包膜と内包膜にはTocとTic,チラコイドにはSecシステムとTATシステムという膜透過装置が存在する。安定な高次構造をとったタンパク質は,Secチャネルを介してチラコイド膜を通過できないが,葉緑体の包膜および,TATシステムを介してチラコイド膜を通過することができる。このことは(1)包膜のToc/Ticシステムやチラコイド膜のTATシステムには強力なunfolding活性があり,安定な高次構造であってもこれをほどくことができる,(2)チャネルが自在に広がることにより,タンパク質が安定な高次構造をとったまま膜透過できる,という二つの可能性を意味する。そこで二つの可能性を区別するために,包膜やチラコイド膜の膜透過チャネルの大きさを推定することを試みた。
チラコイド内腔タンパク質である33Kタンパク質前駆体をin vitroで合成し,C末端に様々な大きさのケイ光発色団や金クラスターを付加した。そして修飾前駆体のin vitroでの葉緑体への取り込み実験において,付加したケイ光発色団や金クラスターが膜を通過できるかどうかを調べた。13×10Åのfluoresceinを付加した前駆体及び16×13ÅのTexas Redを付加した前駆体は包膜を通過,さらにチラコイド膜を通過して内腔に達した。一方20Åの金クラスターを付加した前駆体は包膜透過効率が40〜60%に低下し,チラコイド膜は通過できなかった。したがって包膜のToc/Ticチャネルは直径が20Å前後,チラコイド膜のSecチャネルは直径が15A前後と考えられる。このことは,Toc/Ticシステムには強力なunfolding活性があり,安定な高次構造をとった前駆体は高次構造がほどかれることによってToc/Ticチャネルを通過することを意味している。

Research Products

• [Publications] K.Nakatsukase et al.: "Mnllp, an α-mannosidase-like protein in yeast Saccharomyces cerevisiae, is required for endoplasmic reticulum-associated degradation of glycoproteins."J.Biol.Chem.(Communication). (in press). (2001)
• [Publications] T.Muto et al.: "NMR identification of the Tom20 binding element in mitochondrial presequences."J.Mol.Biol.. (in press) (2001)
• [Publications] K.Saeki et al.: "Identification of mammalian TOM22 as a subunit of the preprotein translocase of the mitochondrial outer membrane."J.Biol.Chem.. 275. 31996-32002 (2000)
• [Publications] Y.Abe et al.: "Structural basis of presequence recognition by the mitochondrial protein import receptor Tom20"Cell. 100. 551-560 (2000)
• [Publications] 西川周一,遠藤斗志也: "細胞内におけるタンパク質の品質管理"化学. 56. 58-59 (2001)
• [Publications] 遠藤斗志也(分担執筆,編者): "タンパク質の一生〜タンパク質の誕生,成熟から死まで(中野明彦,遠藤斗志也 編)"プロテイントラフィックの第一歩〜生まれたタンパク質は,どこに,どうやって行けばよいのか. 62-74 (2000)