膜タンパク質の局在およびトポロジー形成原理の網羅的解明とデータベースの構築

• Project/Area Number: 14015227
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 阪口 雅郎 九州大学, 大学院・医学研究院, 助教授 (30205736)
• Project Period (FY): 2002
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2002)
• Budget Amount: ¥4,100,000 (Direct Cost: ¥4,100,000); Fiscal Year 2002: ¥4,100,000 (Direct Cost: ¥4,100,000)
• Keywords: 小胞体 / ミトコンドリア / トポロジー / 膜透過 / 受容体 / 膜タンパク質 / シグナル配列

Research Abstract

本研究では小胞体における膜蛋白質の構造形成機構ならびにミトコンドリア外膜への特異的標的化シグナル配列について探求した。進展内容は以下のとおりである:(1)小胞体では膜組み込み特性の強いセグメントによって、膜に組み込まれる特性のないポリペプチドセグメントが膜貫通配置を取るという我々のモデルを、いくつかの実例でさらに実証し、膜貫通セグメントの「他律的配置(autonomous positioning)」と命名した(Sakaguchi,BBRC,2002;Ukajiら,BBRC,2002)。タンパク質のフォールディングにおいて、他のセグメントの立体配置決定によって特定のセグメントの配置が他律的に決定されてしまうことを明確に示したものである。(2)膜貫通セグメントが他のセグメントと極性または電荷間相互作用することによって膜内に組み込まれることを2例(ヒト赤血球バンド3および植物カリウムイオンチャネル)について実証した(Kankiら,Biochemistry,2002;SatoらPNAS,2002;Satoら,JBC,2003)。これで、疎水性セグメントが自発的に組み込まれるモード、疎水性の不十分なセグメントが他の疎水性セグメントの組み込みに伴って強制的に組み込まれるモード、および極性相互作用による膜組み込みモード、のすべてを実験的に示すことが完了した。(3)膜蛋白質が、小胞体への標的化を回避してミトコンドリア外膜に到達するためのシグナルを、カルボキシル末端に膜結合セグメントを持つTom5について確定した(Horieら、Mol.Biol Cell,2002)。膜貫通ヤグメントが長すぎず適度な疎水性度を有することと、膜貫通セグメント直後に正荷電アミノ酸が存在することが必須である。

Research Products

• [Publications] Sato, Y.et al.: "Integration of Shaker-typeK+ channel, KAT1 into the endoplasmic reticulum membrane : Synergistic insertion of voltage sensing segments, S3-S4 and independent insertion of poreforming segments, S5-P-S6"Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 99. 60-65 (2002)
• [Publications] Ukaji, K.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] Horie, C.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] Sakaguchi, M.: "Autonomous and Heteronomous Positioning of Transmembrane Segments in Multispanning Membrane Protein"Biochem. Biophys. Res. Commun.. 296. 1-4 (2002)
• [Publications] Kanki, T.et al.: "The tenth membrane region of band 3 is initially exposed to the luminal side of the endoplasmic reticulum and then integrated into a partially folded band 3 intermediate"Biochemistry. 41. 13973-13981 (2002)
• [Publications] Sato, Y.et al.: "Molecular dissection of the contribution of negatively and positively charged residues in S2, S3, and S4 to the final membrane topology of the voltage sensor in the K+ channel, KAT1"J. Biol. Chem.. 276(in press). (2003)