ミトコンドリアへの膜蛋白質の標的化と外膜・内膜への組み込み機構

• Project/Area Number: 13308034
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Structural biochemistry
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 三原 勝芳 九州大学, 大学院・医学研究院, 教授 (40029963)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石原 直忠 九州大学, 大学院・医学研究院, 助手 (10325516) ; 小宮 徹 九州大学, 大学院・医学研究院, 助手 (40304802) ; 阪口 雅郎 九州大学, 大学院・医学研究院, 助教授 (30205736)
• Project Period (FY): 2001 – 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥37,570,000 (Direct Cost: ¥28,900,000、Indirect Cost: ¥8,670,000); Fiscal Year 2002: ¥13,520,000 (Direct Cost: ¥10,400,000、Indirect Cost: ¥3,120,000); Fiscal Year 2001: ¥24,050,000 (Direct Cost: ¥18,500,000、Indirect Cost: ¥5,550,000)
• Keywords: ミトコンドリア / 蛋白質輸送 / 膜透過 / 前駆体蛋白質 / 膜蛋白質 / シグナル認識

Research Abstract

ミトコンドリア(Mt)を中心とする膜蛋白の標的化と挿入機構について以下の事柄を明らかにした。
外膜蛋白の標的化と挿入:Mt外膜蛋白質TOM5(C-末アンカー型)のMtへの標的化と膜挿入について培養細胞系並びにin vitro系を用いて詳細に解析し、C-末の膜結合領域(TMD)の疎水性度とヘリックス構造、並びにその直後の3つの塩基性アミノ酸の重要性を明らかにした。さらにTOM5の酵母に於ける標的化シグナルを解析したところ、哺乳類とは異なりTMDの特性だけで標的化が決定されることを明らかにした。さらに、膜内配向性を異にする蛋白質としてTOM70(N-末アンカー)、TOM22(分子の中ほどにTMD)およびPBR(Peripheral Benzodiazepine Rcceptor:5xTMD)を材料にして解析を行っている。TOM輸送因子解析:(1)ラット肝臓MtのTOM複合体には蛋白質輸送チャネルの主要因子であるTOM40に加えTOM22と未知因子OM10、OM7.5、OM5が含まれる。このうちOM5のクローニングを終了した。(2)外膜透過チャネルの主役TOM40のリコンビナントを、チャネル活性並びに前駆体結合活性を持つ形で精製することに成功した。この標品は電子顕微鏡で約20オングストロームの孔を持つ80オングストロームの粒子として観察され、現在、精製標品について結晶化を進めている。さらにTOM40のC-末側半分(TOM40f)がチャネル活性と前駆体蛋白質結合に必要十分な領域であるこどを明らかにした。ポリトピック内膜蛋白質の内膜挿入:Mtのポリトピックな内膜蛋白質preATM(ABCトランスポーター)とpreOxal(内膜エクスポート装置の一員)についてその局在化機構の解析を続けている。さらに、preOxal-ProteinA融合蛋白質をミトコンドリア輸送装置にスタックさせることに成功し、これによって外膜、内膜輸送装置の精製と解析が可能になった。小胞体膜への挿入:シナプトタグミン2のER組み込みシグナルの解析を行った。

Research Products

• [Publications] K.Ukaji et al.: "Membrane topogenesis of the three amino-terminal transmembrane segments of glucose-6-phosphatase on endoplasmic reticulum"Biochem. Biophys. Res. Commun.. 292. 153-160 (2002)
• [Publications] C.Horie et al.: "Characterization of the signal that directs the C-tail anchored proteins to the mammalian mitochondrial outer membrane"Mol. Biol. Cell. 13. 1615-1625 (2002)
• [Publications] H.Suzuki et al.: "Characterization of rat TOM70 as a receptor of the preprotein translocase of the mitochondrial outer membrane"J. Cell Sci.. 115. 1895-1905 (2002)
• [Publications] M.Sakaguchi: "Autonomous and heteronomous positioning of transmembrane segments in multispanning membrane protein"Biochem. Biophys. Res. Commun.. 296. 1-4 (2002)
• [Publications] M.Ii et al.: "Insertion of mitochondrial DNA-encoded F_1F_0-ATPase subunit 8 across the mitochondrial inner membrane in vitro"J.Biol.Chem.. 276. 24704-24712 (2001)
• [Publications] Y.Kida et al.: "Amino acid residues before the hydrophobic region which are critical for membrane translocation of the N-terminal domain of synaptotagmin II"FEBS Lett.. 507. 341-345 (2001)
• [Publications] S.Yoshimura et al.: "Direct targeting of cis-Golgi matrix proteins to the Golgi apparatus"J.Cell Sci.. 114. 4105-4115 (2001)
• [Publications] E.Miyazaki et al.: "NHE6 protein possesses a signal peptide destined for endoplasmic reticulum membrane and localizes in secretory organelles of the cell"J.Biol.Chem.. 276. 49221-49227 (2001)
• [Publications] C.Horie et al.: "Characterization of the signal that directs the C-tail anchored proteins to the mammalian mitochondrial outer membrane"Mol.Biol.Cell. 13(in press). (2002)
• [Publications] H.Suzuki et al.: "Characterization of rat TOM70 as a receptor of the preprotein translocase of the mitochondrial outer membrane"J.Cell Sci.. 115(in press). (2002)