タンパク質の膜透過システムの４次元ダイナミクスとアッセンブリ

• 研究領域: メガダルトン生命機能深化ダイナミクス
• 研究課題/領域番号: 21H05155
• 研究種目: 学術変革領域研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 学術変革領域研究区分(Ⅲ)
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 塚崎 智也 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (80436716)
• 研究期間 (年度): 2021-08-23 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 33,150千円 (直接経費: 25,500千円、間接経費: 7,650千円); 2023年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円); 2022年度: 11,050千円 (直接経費: 8,500千円、間接経費: 2,550千円); 2021年度: 12,350千円 (直接経費: 9,500千円、間接経費: 2,850千円)
• キーワード: 膜タンパク質 / タンパク質

研究開始時の研究の概要

学術変革領域「メガ生命深化動態」解析のモデルケースとして、バクテリアの内膜・外膜を舞台とするダイナミックなタンパク質輸送の基本原理の解明を目指します。本研究では関連するタンパク質の静的構造解析、動的構造解析などを統合し、タンパク質膜透過・膜組込み過程の分子機構の全貌を明らかとしていきます。将来的には、これらの解析方法を他の複雑な膜タンパク質解析系へと展開していきます。

研究成果の概要

タンパク質膜透過のダイナミズムについては、いまだ不明なところが多い。本研究にて、タンパク質膜透過の４次元構造解析を進めた。ナノディスクというシステムを用いて１ユニットのタンパク質膜透過装置を準備し、高速原子間力顕微鏡を用いて観察を行った。その画像の解釈には最新のAIの技術も取り入れ、タンパク質膜透過反応時のタンパク質膜透過駆動モーターの構造変化を見出した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

解析のモデルケースとしてバクテリアの内膜・外膜を舞台とするダイナミックなタンパク質輸送を研究材料に、その基本原理の解明を目指しました。タンパク質の膜透過・膜組み込み過程は、生物に必須の細胞内機構の一つです。バクテリアでは内膜にSecトランスロコン（SecYEG）を中心とした複合体が存在し、Secトランスロコンをハブとするタンパク質輸送を担っています。この機構の解明は当該学術分野の最重要課題であり、異分野融合による精緻な解析を進めました。

研究成果

• [国際共同研究] 復旦大学(中国)
• [国際共同研究] 復旦大学(中国)
• [国際共同研究] Bonn大学(ドイツ)
• [国際共同研究] 復旦大学(中国)
• [国際共同研究] Bonn大学(ドイツ)
• [雑誌論文] YeeD is an essential partner for YeeE-mediated thiosulfate uptake in bacteria and regulates thiosulfate ion decomposition (2024)
  • 著者名/発表者名: Ikei Mai、Miyazaki Ryoji、Monden Keigo、Naito Yusuke、Takeuchi Azusa、Takahashi Yutaro S.、Tanaka Yoshiki、Murata Keina、Mori Takaharu、Ichikawa Muneyoshi、Tsukazaki Tomoya
  • 雑誌名: PLOS Biology 巻: 22 号: 4 ページ: e3002601-e3002601
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3002601
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Multistep conformational changes leading to the gate opening of light-driven sodium pump rhodopsin (2023)
  • 著者名/発表者名: Sato Yukino、Hashimoto Tsubasa、Kato Koji、Okamura Akiko、Hasegawa Kaito、Shinone Tsukasa、Tanaka Yoshikazu、Tanaka Yoshiki、Tsukazaki Tomoya、Tsukamoto Takashi、Demura Makoto、Yao Min、Kikukawa Takashi
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 299 号: 12 ページ: 105393-105393
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2023.105393
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Crystal structure of the lipid flippase MurJ in a “squeezed” form distinct from its inward- and outward-facing forms (2022)
  • 著者名/発表者名: Kohga Hidetaka、Mori Takaharu、Tanaka Yoshiki、Yoshikaie Kunihito、Taniguchi Katsuhide、Fujimoto Kei、Fritz Lisa、Schneider Tanja、Tsukazaki Tomoya
  • 雑誌名: Structure 巻: 30 号: 8 ページ: 1088-1097
  • DOI: 10.1016/j.str.2022.05.008
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Generation of stable microtubule superstructures by binding of peptide-fused tetrameric proteins to inside and outside (2022)
  • 著者名/発表者名: Inaba Hiroshi、Sueki Yurina、Ichikawa Muneyoshi、Kabir Arif Md. Rashedul、Iwasaki Takashi、Shigematsu Hideki、Kakugo Akira、Sada Kazuki、Tsukazaki Tomoya、Matsuura Kazunori
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 8 号: 36
  • DOI: 10.1126/sciadv.abq3817
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Inner membrane YfgM-PpiD heterodimer acts as a functional unit that associates with the SecY/E/G translocon and promotes protein translocation (2022)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki Ryoji、Ai Mengting、Tanaka Natsuko、Suzuki Takehiro、Dhomae Naoshi、Tsukazaki Tomoya、Akiyama Yoshinori、Mori Hiroyuki
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 298 号: 11 ページ: 102572-102572
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2022.102572
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Crystal structures of a nicotine MATE transporter provide insight into its mechanism of substrate transport (2021)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Yoshiki、Iwaki Shigehiro、Sasaki Akira、Tsukazaki Tomoya
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 595 号: 14 ページ: 1902-1913
  • DOI: 10.1002/1873-3468.14136
  • NAID: 120007166836
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 大腸菌の細胞壁合成に必須な脂質フリッパーゼ MurJ を阻害する抗菌ペプチド LysM の生化学的解析 (2024)
  • 著者名/発表者名: 甲賀栄貴、Napathip LERTPREEDAKORN、田中宏幸、宮﨑亮次、塚﨑智也
  • 学会等名: 日本農芸化学会2024年度大会
• [学会発表] Critical residues of an antibiotic peptide, LysM, inhibiting lipid II flip (2023)
  • 著者名/発表者名: Napathip Lertpreedakorn, Hidetaka Kohga Hidetaka, Ryoji Miyazaki, Tomoya Tsukazaki
  • 学会等名: 2023 International Student Workshop University of California
  • 国際学会
• [学会発表] Structure and function of a thiosulfate transport membrane protein (2023)
  • 著者名/発表者名: 塚崎智也
  • 学会等名: Nanion・東京女子医科大学イオンチャネルフォーラム 2023
  • 招待講演
• [学会発表] 細菌のタンパク質膜透過駆動因子SecDFの基質相互作用機構の解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 高橋 諄、エン ユウ ケット、宮﨑亮次、塚﨑智也
  • 学会等名: 第96回日本生化学会大会
• [学会発表] 内膜タンパク質PpiDはSecトランスロコンとDsbAを連結し、膜透過基質タンパク質へのジスルフィド結合導入を助ける (2023)
  • 著者名/発表者名: 宮﨑亮次、鈴木健裕、堂前 直、塚﨑智也
  • 学会等名: 第96回日本生化学会大会
• [学会発表] チオ硫酸イオントランスポーター複合体の構造と機能 (2023)
  • 著者名/発表者名: 伊計舞、市川宗厳、門田啓吾、内藤雄介、竹内 梓、高橋祐太郎、田中良樹、竹田弘法、宮﨑亮次、塚﨑智也
  • 学会等名: 第23回日本蛋白質科学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] チオ硫酸イオントランスポーター複合体の構造機能解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 塚﨑智也、伊計舞、宮﨑亮次、門田啓吾、内藤雄介、竹内梓、髙橋祐太郎、田中良樹、市川宗厳
  • 学会等名: 第19回 21世紀大腸菌研究会
• [学会発表] Structural and functional analysis of a thiosulfate ion transporter complex (2023)
  • 著者名/発表者名: Mai Ikei, Ryoji Miyazaki, Keigo Monden, Azusa Takeuchi, Yusuke Naito, Yutaro S. Takahashi, Hironori Takeda, Yoshiki Tanaka, Muneyoshi Ichikawa, Tomoya Tsukazaki
  • 学会等名: Gordon Research Conference: Mechanisms of Membrane Transport
  • 国際学会
• [学会発表] チオ硫酸を取り込むYeeE-YeeD複合体の解析など進捗報告 (2023)
  • 著者名/発表者名: 塚﨑智也
  • 学会等名: 第4回構造生命科学研究会
  • 招待講演
• [学会発表] in vivo光架橋によるペリプラズムプロテアーゼBepAと外膜タンパク質組み込み装置BAM複合体の相互作用解析 (2023)
  • 著者名/発表者名: 西建瑠、宮﨑亮次、塚﨑智也
  • 学会等名: 第46回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Single Polypeptide Detection Using a Translocon SecYEG (2023)
  • 著者名/発表者名: Wenqing Xu, Ryoji Miyazaki, Ryo Iizuka, Tomoya Tsukazaki, Sotaro Uemura
  • 学会等名: The 61st Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • 国際学会
• [学会発表] 高速 AFM による Sec トランスロコンの 1 分子計測 (2023)
  • 著者名/発表者名: Yui Kanaoka, Takaharu Mori, Tomoya Tsukazaki, Takayuki Uchihashi
  • 学会等名: The 61st Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Crystal structures of a lipid flippase essential for peptidoglycan synthesis (2023)
  • 著者名/発表者名: 甲賀栄貴, Napathip Lertpreedakorn, 田中良樹, 吉海江国仁, 谷口勝英, 藤本圭, Tanja Schneider, 塚﨑智也
  • 学会等名: 第96回日本細菌学会総会
• [学会発表] Sec 複合体によるタンパク質膜透過の1ユニット動態観察 (2022)
  • 著者名/発表者名: 塚崎智也、長池航、板家成良、春山隆充、菅野泰功、宮崎亮次、市川宗厳、内橋貴之
  • 学会等名: 第22回日本蛋白質科学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] タンパク質膜透過・輸送に関わるPpiD/YfgM複合体のin vivo光架橋解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 宮崎亮次、鈴木健裕、堂前直、塚崎智也
  • 学会等名: 第22回日本蛋白質科学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] メガダルトン生命機能深化ダイナミクス (2022)
  • 著者名/発表者名: 塚崎智也
  • 学会等名: BioneX 生命科学の変革 公開シンポジウム 2022
  • 招待講演
• [学会発表] Secの動的探査など進捗状況報告 (2022)
  • 著者名/発表者名: 塚崎智也
  • 学会等名: 第3回構造生命科学研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Structural and functional analysis of a thiosulfate transporter complex (2022)
  • 著者名/発表者名: Mai Ikei, Azusa Takeuchi, Yusuke Naito, Muneyoshi Ichikawa, Ryoji Miyazaki, Tomoya Tsukazaki
  • 学会等名: The 22nd Annual Scientific Meeting of the Nitric Oxide Society of Japan
  • 国際学会
• [学会発表] Generation of microtubule superstructures by mimicking ciliary microtubule structures (2022)
  • 著者名/発表者名: Muneyoshi Ichikawa, Hiroshi Inaba, Yurina Sueki, Arif Md. Rashedul Kabir, Takashi Iwasaki, Hideki Shigematsu, Akira Kakugo, Kazuki Sada, Tomoya Tsukazaki, Kazunori Matsuura
  • 学会等名: 第60回日本生物物理学会年会
  • 国際学会
• [学会発表] 脂質フリッパーゼMurJの新規中間体Squeezed formのX線結晶構造解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 甲賀栄貴, 森貴治, 田中良樹, 吉海江国仁, 谷口勝英, 藤本圭, Lisa Fritz, Tanja Schneider, 塚﨑智也
  • 学会等名: 第48回生体分子科学討論会
• [学会発表] in vivo光架橋法によるタンパク質膜透過関連因子PpiDの相互作用解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 宮﨑亮次, 鈴木健裕, 堂前直, 塚﨑智也
  • 学会等名: 第18回21世紀大腸菌研究会
• [学会発表] Crystal structure of YeeE, a membrane protein, engaged in thiosulfate uptake (2022)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Tsukazaki
  • 学会等名: ABA, APPA, TBS Joint Congress 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 高速AFMによるSecトランスロコンの1分子計測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 金岡優依, 森貴治, 塚﨑智也, 内橋貴之
  • 学会等名: R4年度 生物物理学会中部支部 講演会
• [学会発表] タンパク質の膜透過に関わるプロトン駆動型モーターSecDFの構造生命科学 (2022)
  • 著者名/発表者名: 塚崎智也
  • 学会等名: 第95回日本細菌学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] 高速AFMによるタンパク質膜透過装置Sec複合体の動的構造解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 板家成良, 長池航, 春山隆充, 市川宗厳, 菅野泰功, 宮﨑 亮次, 内橋貴之, 塚崎智也
  • 学会等名: 第17回21世紀大腸菌研究会
• [備考] 塚崎智也の業績一覧
  • URL: https://bsw3.naist.jp/tsukazaki/member_tsukazaki.html
• [備考] チオ硫酸取り込みに関わるYeeE/YeeD複合体の構造とチオ硫酸分解酵素YeeDの特殊な反応機構
  • URL: https://bsw3.naist.jp/research/index.php?id=2785