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生物時計の進化にともなう時計タンパク質KaiBの構造と機能の変化

研究課題

研究課題/領域番号 11J40160
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
研究機関名古屋大学

研究代表者

村上 怜子  名古屋大学, 遺伝子実験施設, 学術振興会特別研究員(RPD)

研究期間 (年度) 2011 – 2013
研究課題ステータス 完了 (2013年度)
配分額 *注記
2,400千円 (直接経費: 2,400千円)
2013年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2012年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2011年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
キーワード概日リズム / 藍色細菌 / オリゴマー構造 / KaiA / KaiB / 原子間力顕微鏡 / 生物時計 / リズム / 電子スピン共鳴法
研究概要

生物時計は、昼夜の変化に適応するために、様々な活性を24時間周期で自律的に振動させる細胞内分子機構である。藍色細菌の生物時計はKaiA、KaiB、KaiCからなっており、ATP存在下においてこれらの3つのタンパク質が相互に作用しあうことで自律的な時間振動を生み出すことができる。KaiBは進化の初期では2量体であり、藍色細菌において時計として進化した結果、4量体を形成するようになったのだと考えられる。
4量体構造と機能の関わりを検証するために、C末端酸性残基(95-108)を欠失させた変異体KaiB、KaB_<1-94>を作製した。KaiB_<1-94>は2量体と見積もられた。KaiB_<1-94>はin vitroで野生型と同様にリズム発振する機能があることが示された。
原子間力顕微鏡(AFM)を用いた解析によって、KaiB_<WT>のオリゴマー構造を検証した。AFM解析は、鋭い探針によって試料表面を走査し上下方向への変位を計測することにより、試料表面の凹凸形状の評価を行う手法である。この結果、KaiB_<WT>では3つのタイプの粒子が観察された。この結果は、KaiB_<WT>が4量体-2量体-単量体の平衡状態にある可能性を示唆する。この結果およびKaiB_<1-94>がin vitroでリズムを発振できるという結果を踏まえると、2量体もしくは単量体構造のKaiB<WT>がKaiCと複合体を形成するのではないかというモデルが示唆された。
また、蛍光相関分光法(FCS法)により、時間振動中のKaiAとKaiBの複合体形成を詳細に調べた。KaiAとKaiBはともに、KaiCのリン酸化状態によってKaiCの結合親和性が変わり、異なる複合体形成の位相を示すことが明らかになった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

育児のため短時間勤務をしており、研究の進捗はややゆるやかなものになっている。
しかし、KaiB_<WT>が異なるオリゴマー構造をとっていることをAFM解析によって示し、また、時間振動中のKaiA-KaiC複合体形成およびKaiB-KaiC複合体形成の時間振動をFCS法により明らかにするなど、新しい知見を得ている。

今後の研究の推進方策

KaiBのオリゴマー構造がKaiB-KaiC複合体形成にどのように関わるか、また、SasA-KaiC複合体形成をどのように阻害するかを明らかにするため、X線結晶構造解析やNMR解析等によって、KaiB-KaiC複合体およびSasA-KaiC複合体の構造解析を進める。
平成25年度に古細菌型Kaicの精製条件の検討を進めてきたので、精製手法の確立および古細菌型KaiB-Kaic複合体の機能の検討を行う。

報告書

(3件)
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2014 2012 2011

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] Site-directed spin labeling-ESR mapping of the residues of cyanobacterial clock protein KaiA that are affected by KaiA-KaiC interaction.2014

    • 著者名/発表者名
      Ishii K, Terauchi S, Murakami R, Valencia Swain J, Mutoh R, Mino H, Maid K, Arata T, Ishiura M
    • 雑誌名

      Genes Cells

      巻: 19 号: 4 ページ: 297-324

    • DOI

      10.1111/gtc.12130

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The roles of the dimeric and tetrameric structures of the clock protein KaiB in the generation of circadian oscillations in cyanobacteria2012

    • 著者名/発表者名
      Murakami R, Mutoh R, Iwase R, Furukawa Y, Imada K, Onai K, Morishita M, Yasui S, Ishii K, Valencia Swain JO, Uzumaki T, Namba K, Ishiura M.
    • 雑誌名

      J Biol Chem.

      巻: 287 号: 35 ページ: 29506-29515

    • DOI

      10.1074/jbc.m112.349092

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phase-dependent generation and transmission of time information by the KaiABC circadian clock oscillator through SasA-KaiC interaction in cyanobacteria2012

    • 著者名/発表者名
      J Valencia S, Bitou K, Ishii K, Murakami R, Morishita M, Onai K, Furukawa Y, Imada K, Namba K, Ishiura M
    • 雑誌名

      Genes Cells

      巻: (印刷中)

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Thermodynamically induced conformational changes of the cyanobacterial circadian clock protein KaiB2011

    • 著者名/発表者名
      Mutoh R., Mino H., Murakami R., Uzumaki T., Ishiura M
    • 雑誌名

      Applied Magnetic Resonance

      巻: 40 ページ: 525-534

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Fluorescence correlation spectroscopy (FCS)法によるKaiB-KaiC複合体形成の検出2012

    • 著者名/発表者名
      村上怜子
    • 学会等名
      超異分野学会
    • 発表場所
      お茶の水女子大学
    • 年月日
      2012-03-17
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

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公開日: 2011-12-12   更新日: 2024-03-26  

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