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P型イオンポンプによる能動輪送機構の構造的解明

研究課題

研究課題/領域番号 14GS0308
研究種目

学術創成研究費

配分区分補助金
研究機関東京大学

研究代表者

豊島 近  東京大学, 分子細胞生物学研究所, 教授 (70172210)

研究分担者 杉田 有冶 (杉田 有治)  独立行政法人理化学研究所, 中央研究所, 准主任研究員 (80311190)
津田 岳夫  東京大学, 分子細胞生物学研究所, 助教 (10345233)
木寺 詔紀  横浜市立大学, 大学院・国際総合科学研究科, 教授 (00186280)
鈴木 裕  旭川医科大学, 医学部, 教授 (50183421)
研究期間 (年度) 2002 – 2006
研究課題ステータス 完了 (2006年度)
配分額 *注記
406,900千円 (直接経費: 339,430千円、間接経費: 67,470千円)
2006年度: 56,550千円 (直接経費: 43,500千円、間接経費: 13,050千円)
2005年度: 66,690千円 (直接経費: 51,300千円、間接経費: 15,390千円)
2004年度: 76,830千円 (直接経費: 59,100千円、間接経費: 17,730千円)
2003年度: 92,300千円 (直接経費: 71,000千円、間接経費: 21,300千円)
2002年度: 114,530千円 (直接経費: 114,530千円)
キーワード生物物理 / 能動輸送 / 膜蛋白質 / イオンポンプ / X線結晶 / ATPase / X線結晶解析
研究概要

本研究の最大の目標は筋小胞体カルシウムポンプ(ATPase)の反応中間体を結晶化し、原子構造に基づいてポンプの作動機構を明らかにすることであった。分解能が十分でなかったE2・AlFx複合体の結晶性を改良し、反応過程ほぼ全体をカバーする6つの状態に関し2.6Åを越える分解能で構造を決定出来た。しかし、真のE2Pアナログの結晶であるE2・BeFxに関しては不満足なものしか得られていなかった。そこで、研究期間を延長し、強力阻害剤タプシガーギン存在下ではあるが、この状態に関しても2.4Å分解能で構造を決定でき、燐酸化アスパラギン酸の処理と膜内イオン通路の開閉がどう連携しているかをある程度明らかにすることが出来た。第2の柱である計算構造生物学では、特に心筋における調節蛋白として重要なフォスフォランバンの燐酸化による制御に関し徹底的な計算を行い、燐酸化の構造的意味を明らかにした。第3の柱である、発現系に関しては、筋小胞体カルシウムポンプを一残基改変することによって、抗マラリア薬に反応することが判明したので、大量生産・精製を行い結晶化可能な標品を得ることが出来た。また、重金属ポンプに関しては、好熱菌銅イオンポンプCopAに関し、蛋白質分解酵素による限定分解によって、蛋白質のトポロジーは大きく異なるにもかかわらず、カルシウムポンプと同様の構造変化を示すことを明らかにし、未知であったN端末金属結合ドメインの役割をも明らかにした。さらに、細胞質領域の2つのドメインと核酸複合体の高分解能結晶解析に成功した。このように、研究のすべての面で大きく前進した。

報告書

(5件)
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 2004 実績報告書
  • 2003 実績報告書
  • 2002 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2007 2006 2005 2004 その他

すべて 雑誌論文 (13件) 文献書誌 (9件)

  • [雑誌論文] Domain organization and movements in heavy metal ion pumps: Papain digestion of CopA, a Cu^+-transporting ATPase.2007

    • 著者名/発表者名
      Y. Hatori
    • 雑誌名

      J. Biol. Chem. 282

      ページ: 25213-25221

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Interdomain communication in calcium pump as revealed in the crystal structures with transmembrane inhibitors.2007

    • 著者名/発表者名
      M. Takahashi
    • 雑誌名

      Proc. Nat. Acad. Sci. USA. 104

      ページ: 5800-5805

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Concerted conformational effects of Ca^<2+> and ATP are required for activation of sequential reactions in the Ca^<2+> ATPase (SERCA) catalytic cycle.2006

    • 著者名/発表者名
      G. Inesi
    • 雑誌名

      Biochemistry 46

      ページ: 13769-13778

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Structural changes of the cytoplasmic domain of phospholamban by phosphorylation at Ser16: A molecular dynamics study.2006

    • 著者名/発表者名
      Y. Sugita
    • 雑誌名

      Biochemistry 45

      ページ: 11752-11761

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Effects of inhibitors on luminal opening of Ca^<2+> binding sites in an E2P-like complex of sarcoplasmic reticulum Ca^<2+>-ATPase with Be^<2+>-fluoride.2006

    • 著者名/発表者名
      M. Picard
    • 雑誌名

      J. Biol. Chem. 281

      ページ: 3360-3369

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Comprehensive Analysis of Expression and Function of 51 Sarco (endo) plasmic Reticulum Ca^<2+>-ATPase Mutants Associated with Darier Disease.2006

    • 著者名/発表者名
      Y. Miyauchi
    • 雑誌名

      J. Biol. Chem. 281

      ページ: 22882-22895

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Structural role of countertransport revealed in Ca^<2+> pump crystal structure in the absence of Ca^<2+>.2005

    • 著者名/発表者名
      K.Obara
    • 雑誌名

      Proc. Nat. Acad. Sci. USA 102

      ページ: 14489-14496

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] The average conformation at micromolar [Ca^<2+>] of Ca^<2+>-ATPase with bound nucleotide differs from that adopted with the transition state analog ADP.AIFx or with AMPPCP under crystallization conditions at millimolar [Ca^<2+>].2005

    • 著者名/発表者名
      M.Picard
    • 雑誌名

      J. Biol. Chem. 280

      ページ: 18745-18754

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Protonation of the acidic residues in the transmembrane cation-binding sites of the Ca^<2+> pump.2005

    • 著者名/発表者名
      Y.Sugita
    • 雑誌名

      J. Am. Chem. Soc. 127

      ページ: 6150-6451

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Lumenal gating mechanism revealed in calcium pump crystal structures with phosphate analogues.2004

    • 著者名/発表者名
      C.Toyoshima
    • 雑誌名

      Nature 432

      ページ: 361-368

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Crystal structure of the calcium pump wlth a bound ATP analogue.2004

    • 著者名/発表者名
      C.Toyoshima
    • 雑誌名

      Nature 430

      ページ: 529-535

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Specific structural requirement for the inhibitory effect of thapsigargin on the Ca^<2+> ATPase SERCA2004

    • 著者名/発表者名
      C.Xu
    • 雑誌名

      J.Biol.Chem. 279

      ページ: 17973-17979

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [雑誌論文] Structural basis of ion pumping by Ca^<2+> -ATPase of the sarcoplasmic reticulum2004

    • 著者名/発表者名
      C.Toyoshima
    • 雑誌名

      Ann.Rev.Biochem. 73

      ページ: 269-92

    • 関連する報告書
      2004 実績報告書
  • [文献書誌] C.Toyoshima: "Structural basis of ion pumping by Ca^<2+>-ATPase of sarcoplasmic reticulum."FEBS Letters. 555. 106-110 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] H.Ma: "Substrate-induced conformational fit and headpiece closure in the Ca^<2+>-ATPase (SERCA)."J.Biol.Chem.. 278. 28938-28943 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] C.Toyoshima: "Modeling of the inhibitory interaction of phospholamban with the Ca^<2+>-ATPase."Proc.Nat.Acad.Sci.USA. 100. 467-472 (2003)

    • 関連する報告書
      2003 実績報告書
  • [文献書誌] C.Toyoshima: "Modeling of the inhibitory interaction of phospholamban with the Ca^<2+>ATPase"Proc.Nat.Acad.Sci. USA. 100. 467-472 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] C.Toyoshima: "Structural changes in the calcium pump accompanying the dissociation of calcium"Nature. 418. 605-611 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] H.Ogawa: "Homology modeling of the cation binding sites of Na^+ K^+ -ATPase"Proc.Nat.Acad.Sci. USA. 99. 15977-15982 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] S.Hua: "Functional role of "N" (Nucleotide) and "P" (Phosphorylation) domain interactions in the sarcoplasmic reticulum (SERCA) ATPase"Biochemistry. 41. 2264-2272 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] S.Hua: "Fe^<2+>-catalyzed oxidation and cleavage of sarcoplasmic reticulum ATPase reveals Mg^<2+> and Mg^<2+>-ATP site"Biochemistry. 41. 11405-11410 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] J.V.Moller: "Calcium transport by sarcoplasmic reticulum Ca^<2+>-ATPase : role of the A-domain and its C-terminal link with the transmembrane region"J.Biol.Chem.. 41. 38647-38659 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書

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公開日: 2002-04-01   更新日: 2016-04-21  

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