新生膜タンパク質の膜組込み過程の構造生物科学

• Project Area: Nascent-chain Biology
• Project/Area Number: 15H01537
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 田中 良樹 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 助教 (10632333)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥8,840,000 (Direct Cost: ¥6,800,000、Indirect Cost: ¥2,040,000); Fiscal Year 2016: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2015: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
• Keywords: 結晶構造解析 / 膜タンパク質 / 膜組込み / 生体分子 / 蛋白質 / タンパク質 / YidC / Sec / タンパク質輸送 / 膜組み込み / X線結晶構造解析 / 構造生物学

Outline of Annual Research Achievements

バクテリアの Sec トランスロコンである SecYEG 複合体を構成するSecY, SecE, SecG のすべてのコンポーネントが含まれた状態での構造解析をすすめ，高分解能構造を決定した．さらに高精度の構造に基づいたMDシミュレーションを加えて発表した．
SecDFは細胞外ドメインで膜を透過する新生タンパク質と相互作用し，細胞外側から引き上げる役割を担うSecYEGの補助として機能する膜タンパク質である．全体構造の報告は行われていたが，本研究計画では分解能の向上と細胞外ドメインに予測されていた構造変化を可視化することを目的に構造解析を行い，別状態構造を明らかにした．細胞外ドメインの位置が変化していただけでなく，基質タンパク質と相互作用する部位がポケット状に変化することや，膜貫通ドメインを貫通するトンネルが生じることがわかった．このトンネルはイオン濃度勾配を駆動力に機能するSecDFにとって重要なイオンの透過経路と予想された．構造に基づくMDシミュレーションを行い，このトンネルが水分子を通過させることが可能なことを示した．このことはSecDFがプロトンを短時間で輸送するという解析結果を反映するものであった．これらの構造変化とMDシミュレーションによる解析をまとめ，論文として発表した．
新生膜タンパク質の膜組込み過程を in vitro で解析するため，Membrane Scaffold Proteinを用いたNanodisc作成条件の検討を行い，膜タンパク質であるSecYEGやYidCを界面活性剤を含まない溶液中で安定に可溶化させることに成功している．これを用いて，現在機能解析を進めた．

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Tunnel formation inferred from the I form structures of the proton-driven protein secretion motor SecDF (2017)
  • Author(s): Arata Furukawa, Kunihito Yoshikaie, Takaharu Mori, Hiroyuki Mori, Yusuke V. Morimoto, Yasunori Sugano, Shigehiro Iwaki, Tohru Minamino, Yuji Sugita, Yoshiki Tanaka, Tomoya Tsukazaki
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 19 Pages: 895-901
  • NAID: 120006226309
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Crystal Structures of SecYEG in Lipidic Cubic Phase Elucidate a Precise Resting and a Peptide-Bound State. (2015)
  • Author(s): Tanaka Y, Sugano Y, Takemoto M, Mori T, Furukawa A, Kusakizako T, Kumazaki K, Kashima A, Ishitani R, Sugita Y, Nureki O and Tsukazaki T
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 13
  • NAID: 120005716877
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 膜輸送装置の構造と機能 (2017)
  • Author(s): 田中良樹
  • Organizer: 日本細菌学会
  • Place of Presentation: 宮城県仙台市仙台国際センター
  • Year and Date: 2017-03-19
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Complete and peptide-bound structures of the Sec translocon (2015)
  • Author(s): Yoshiki Tanaka, Tomoya Tsukazaki
  • Organizer: 新学術領域研究「動的秩序と機能」第4回公開国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 九州大学西新プラザ（福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2015-11-22
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 新生膜タンパク質の膜組込み過程の構造生物科学 (2015)
  • Author(s): 田中 良樹
  • Organizer: 新学術領域研究「新生鎖の生物学」 平成27年度第2回班会議
  • Place of Presentation: ほほえみの宿（山形県天童市）
  • Year and Date: 2015-11-13
• [Presentation] タンパク質分泌マシーナリーの動的精密探査に向けて (2015)
  • Author(s): 菅野 泰功, 田中 良樹, 武本 瑞貴, 森 貴治, 春山 隆充, 古川 新, 草木迫 司, 熊崎 薫, 鹿島 絢子, 石谷 隆一郎, 紺野 宏記, 杉田 有治, 濡木 理, 塚﨑 智也
  • Organizer: 新学術領域研究「新生鎖の生物学」 平成27年度第2回班会議
  • Place of Presentation: ほほえみの宿（山形県天童市）
  • Year and Date: 2015-11-13
• [Presentation] Secトランスロコンの相互作用解析 (2015)
  • Author(s): 古川新, 田中 良樹
  • Organizer: 新学術領域研究「新生鎖の生物学」 平成27年度第2回班会議
  • Place of Presentation: ほほえみの宿（山形県天童市）
  • Year and Date: 2015-11-13
• [Presentation] Structures of Membrane Protein Insertase YidC (2015)
  • Author(s): Tomoya Tsukazaki, Kaoru Kumazaki, Shinobu Chiba, Mizuki Takemoto, Arata Furukawa, Toshiki Kishimoto, Yasunori Sugano, Takaharu Mori, Yoshiki Tanaka, Yuji Sugita, Koreaki Ito, Ryuichiro Ishitani and Osamu Nureki
  • Organizer: Structural Biological Dynamics: From Molecules to Life with 60 trillion Cells
  • Place of Presentation: 東京大学 伊藤国際学術研究センター（東京都文京区）
  • Year and Date: 2015-11-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cytoplasmic conformational transition of Sec translocon (2015)
  • Author(s): Yoshiki Tanaka, Yasunori Sugano, Mizuki Takemoto, Takaharu Mori, Takamitsu Haruyama, Arata Furukawa, Tsukasa Kusakizako, Kaoru Kumazaki, Ayako Kashima, Ryuichiro Ishitani, Hiroki Konno, Yuji Sugita, Osamu Nureki and Tomoya Tsukazaki
  • Organizer: 第53回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 金沢大学（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2015-09-13
• [Presentation] Structure and dynamics of Sec protein-conducting channel (2015)
  • Author(s): Yasunori Sugano, Yoshiki Tanaka*, Mizuki Takemoto, Takaharu Mori, Takamitsu Haruyama, Arata Furukawa, Tsukasa Kusakizako, Kaoru Kumazaki, Ayako Kashima, Ryuichiro Ishitani, Hiroki Konno, Yuji Sugita, Osamu Nureki and Tomoya Tsukazaki
  • Organizer: 第53回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 金沢大学（石川県金沢市）
  • Year and Date: 2015-09-13
• [Presentation] Sec トランスロコンの高分解構造 (2015)
  • Author(s): 塚﨑 智也, 田中 良樹, 紺野 宏紀
  • Organizer: 新学術領域「動的秩序と機能」全体班会議2015
  • Place of Presentation: 兵庫県立淡路夢舞台国際会議場（兵庫県淡路市）
  • Year and Date: 2015-08-05
• [Presentation] 新生膜タンパク質の膜組込み過程の構造生物科学 (2015)
  • Author(s): 田中 良樹
  • Organizer: 新学術領域研究「新生鎖の生物学」 平成27年度第1回班会議
  • Place of Presentation: 東京工業大学キャンパスイノベーションセンター（東京都港区）
  • Year and Date: 2015-06-13
• [Presentation] タンパク質分泌マシーナリーの動的精密探査に向けて (2015)
  • Author(s): 菅野 泰功, 春山 隆充, 田中 良樹, 紺野 宏記, 塚﨑 智也
  • Organizer: 第12回21世紀大腸菌研究会
  • Place of Presentation: 琵琶湖グランド ホテル・京近江（滋賀県大津市）
  • Year and Date: 2015-06-04
• [Presentation] 部位特異的光架橋による YidC-Sec 複合体の 4 次構造決定にむけて (2015)
  • Author(s): 古川 新, 田中 良樹, 塚﨑 智也
  • Organizer: 第12回21世紀大腸菌研究会
  • Place of Presentation: 琵琶湖グランド ホテル・京近江（滋賀県大津市）
  • Year and Date: 2015-06-04
• [Presentation] Sec タンパク質膜透過装置の活写にむけて (2015)
  • Author(s): 塚﨑 智也, 田中 良樹
  • Organizer: 新学術領域「動的構造生命」第１回班会議
  • Place of Presentation: 九州大学（福岡県福岡市）
  • Year and Date: 2015-06-02
• [Remarks] 細胞膜を越えるたんぱく質輸送の新たな機構を解明
  • URL: http://www.naist.jp/pressrelease/detail_j/topics/2162/