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高分解能光学系ナノ計測による細菌べん毛モーターのエネルギー入出力の同時計測

研究課題

研究課題/領域番号 10J02448
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 生物物理学
研究機関大阪大学

研究代表者

森本 雄祐  大阪大学, 生命機能研究科, 特別研究員(PD)

研究期間 (年度) 2010 – 2011
研究課題ステータス 完了 (2011年度)
配分額 *注記
1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2010年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワードナノマシン / 分子モーター / べん毛モーター / プロトン駆動力 / ナノ計測 / 細胞内pH / エネルギー変換 / 蛍光顕微鏡 / トルク発生
研究概要

バクテリアのプロトン駆動型べん毛モーターは、細胞膜内外に形成されるプロトンの電気化学的ポテンシャル差を利用して駆動する回転モーターである。本研究では、べん毛モーターのエネルギー変換機構を解明することを目的とした。
固定子蛋白質MotAと回転子蛋白質FliGとの静電的相互作用によってモーターのトルクが発生すると考えられている。本年度の研究では、まず、トルク発生の分子機構を明らかにするために、これまでに報告されているMotA-FliG間の静電的相互作用部位を詳細に解析した。その結果、固定子のモーターへの局在化のみに重要な荷電残基と、トルク発生に直接的に関与している荷電残基をそれぞれ特定することができた(投稿準備中)。
また、べん毛モーター局所の正確なエネルギー状態を知るために、pH感受性蛍光蛋白質フルオリンをプローブとしたpHイメージングシステムにより、モーター近傍の局所pH測定を行った。その結果、べん毛特異的輸送装置構成蛋白質FliH,FliIの欠損により、細胞質全体のpHは変化しないが、モーター近傍局所のpHでは違いがあることが判明した(投稿準備中)。
以上の成果から、べん毛モーター近傍の局所pHが測定可能となり、モーターにとっての正確なエネルギー状態を考慮して、モーターのトルク特性を議論することが可能となった。本計測システムの応用は、様々な膜タンパク質のエネルギー変換機構の解明に繋がるものと期待される。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究の成果から、バクテリアの細胞全体でのエネルギー状態と膜直下局所のエネルギー状態では違いがあることが判明した。べん毛モーターのエネルギー変換機構の解明に対して、飛躍的に大きな成果である。また、本成果は、これまでの生体エネルギー論の通説を覆すものであり、生物学的に極めて重要な発見である。本研究で開発したpHイメージングシステムは、様々な膜タンパク質の機能解明に大きく貢献するものと期待される。

今後の研究の推進方策

本研究課題では、バクテリアべん毛モーターのエネルギー変換機構の解明を目的として研究を遂行した。本研究の成果の一つとして、固定子MotA、回転子FliG間の相互作用において、モーターのトルク発生に直接的に関与している荷電残基を特定できた。この結果を踏まえて、X線結晶構造解析や電子顕微鏡法によって現在進められている固定子、回転子蛋白質の構造からトルク発生機構の詳細を明らかにする。また、高分解能pHイメージングにより明らかになったモーター近傍局所のpHを考慮することにより、正確なエネルギー状態を把握した上で、べん毛モーターの回転計測によってトルク特性を測定し、モーターのエネルギー変換機構の解明を目指す。

報告書

(2件)
  • 2011 実績報告書
  • 2010 実績報告書
  • 研究成果

    (23件)

すべて 2012 2011 2010 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (15件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Assembly and activation of the MotA/B proton channel complex of the proton-driven flagellar motor of Salmonella enterica2012

    • 著者名/発表者名
      Morimoto, Y.V., et al
    • 雑誌名

      In Tech-Salmonella/Book2

      巻: 2(in press)

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structural insight into the rotational switching mechanism of the bacterial fagellar motor2011

    • 著者名/発表者名
      Minamino, T., et al
    • 雑誌名

      PLoS Biology

      巻: 9 号: 5 ページ: e1000616-e1000616

    • DOI

      10.1371/journal.pbio.1000616

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] M153R mutation in a pH-sensitive green fluorescent protein stabilizes its fusion proteins2011

    • 著者名/発表者名
      Morimoto, Y.V., et al
    • 雑誌名

      PLoS ONE

      巻: 6 号: 5 ページ: e19598-e19598

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0019598

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] An energy transduction mechanism used in bacterial flagellar type III protein export2011

    • 著者名/発表者名
      Minamino, T., et al
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 2 号: 1 ページ: 475-475

    • DOI

      10.1038/ncomms1488

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structural insight into the rotational switching mechanism of the bacterial fagellar motor.2011

    • 著者名/発表者名
      Minamino, T., et al.
    • 雑誌名

      PLoS Biology

      巻: in press

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Charged residues in the cytoplasmic loop of MotA are required for stator assembly into the bacterial flagellar motor.2010

    • 著者名/発表者名
      Morimoto, V.Y., et al.
    • 雑誌名

      Mol.Microbiol.

      巻: 78 ページ: 1117-1129

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] べん毛輸送装置近傍の局所pHに対するFliI ATPaseの効果.Effect of FliI ATPase on local pH around the flagellar protein export apparatus2012

    • 著者名/発表者名
      森本雄祐
    • 学会等名
      2011年度べん毛研究交流会
    • 発表場所
      ラフォーレ修善寺(静岡県)
    • 年月日
      2012-03-09
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Direct measurement of local pH around the bacterial flagellar protein export apparatus in Salmonella2012

    • 著者名/発表者名
      Morimoto, Y.V., et al
    • 学会等名
      Gordon Research Conference on Sensory Transduction in Microorganisms
    • 発表場所
      Ventura Beach Marriott, Ventura, USA
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 細菌べん毛タンパク質輸送装置近傍の局所pHの測定(Direct measurement of local pH around the bacterial flagellar protein export apparatus)2011

    • 著者名/発表者名
      森本雄祐, et al
    • 学会等名
      日本生物物理学会第49回年会
    • 発表場所
      兵庫県立大学・姫路書写キャンパス(兵庫県)
    • 年月日
      2011-09-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 細菌べん毛蛋白質輸送ゲート複合体はH^+でもNa^+でも駆動されるデュアルフューエルシステムである(Bacterial flagellar type III protein export gate complex is a duel fuel system that utilizes both proton and sodiumion for protein export)2011

    • 著者名/発表者名
      南野徹, et al
    • 学会等名
      日本生物物理学会第49回年会
    • 発表場所
      兵庫県立大学・姫路書写キャンパス(兵庫県)
    • 年月日
      2011-09-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] バクテリアべん毛モーター近傍の局所pHイメージング2011

    • 著者名/発表者名
      森本雄祐, et al
    • 学会等名
      第8回21世紀大腸菌研究会
    • 発表場所
      南木曽ホテル木曽路(長野県)
    • 年月日
      2011-05-19
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] バクテリアがもつハイスペックな回転モーター2011

    • 著者名/発表者名
      森本雄祐
    • 学会等名
      大阪市立大学理学部生物学科セミナー
    • 発表場所
      大阪市立大学(大阪府)(招待講演)
    • 年月日
      2011-05-13
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Energy transduction mechanism of bacterial flagellar type III protein export2011

    • 著者名/発表者名
      Minamino, T., et al
    • 学会等名
      Gordon Research Conference on Bioenergetics
    • 発表場所
      Proctor Academy, New Hampshire, USA
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] High-resolution pH imaging of live Salmonella cells using ratiometric pH-sensitive GFP2011

    • 著者名/発表者名
      Morimoto, Y.V., et al
    • 学会等名
      Gordon Research Conference on Bioenergetics
    • 発表場所
      Proctor Academy, New Hampshire, USA
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Dynamics of 'unplugged' mot a/b stator channels in the flagellar motor2011

    • 著者名/発表者名
      Castillo, D.J., et al
    • 学会等名
      17^<th> International Biophysics Congress
    • 発表場所
      China National Convention Center, Beijing, China
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] 細菌べん毛タンパク質輸送装置近傍の局所pHの測定2011

    • 著者名/発表者名
      森本雄祐, et al
    • 学会等名
      第37回日本生体エネルギー研究会討論会
    • 発表場所
      京都産業大学(京都府)
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] バクテリア細胞内における膜蛋白質の動態蛍光観察.2010

    • 著者名/発表者名
      森本雄祐
    • 学会等名
      第二回膜輸送体研究会
    • 発表場所
      ホテルピアノ(北海道)
    • 年月日
      2010-12-21
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] pH感受性蛍光蛋白質を用いた高分解能細胞内pHイメージング.2010

    • 著者名/発表者名
      森本雄祐
    • 学会等名
      第二回「光塾」
    • 発表場所
      大阪大学(大阪府)
    • 年月日
      2010-12-11
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] バクテリアべん毛モーター固定子構成蛋白質MotAの細胞質領域に存在する荷電残基の役割2010

    • 著者名/発表者名
      森本雄祐
    • 学会等名
      第36回日本生体エネルギー研究会・特定領域研究「革新的ナノバイオ」合同シンポジウム膜超分子モーターの革新的ナノサイエンス
    • 発表場所
      大阪大学銀杏会館(大阪府)
    • 年月日
      2010-11-19
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] バクテリアのプロトン駆動型べん毛モーター固定子複合体MotA/Bの局在化の分子機構Localization mechanism of the MotA/B complex to be the stator of the proton-driven bacterial flagellar motor.2010

    • 著者名/発表者名
      Morimoto, Y., et al.
    • 学会等名
      日本生物物理学会第48回年会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県)
    • 年月日
      2010-09-20
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] バクテリア細胞内局所pHの高分解能計測.2010

    • 著者名/発表者名
      森本雄祐
    • 学会等名
      第7回21世紀大腸菌研究会サテライトミーティング細菌の膜輸送/膜情報伝達機構研究会
    • 発表場所
      休暇村南阿蘇(熊本県)
    • 年月日
      2010-06-04
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/jpn/general/lab/02/

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/jpn/general/lab/02/

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書

URL: 

公開日: 2010-12-03   更新日: 2024-03-26  

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