大腸菌におけるリポ蛋白質の選別輸送と膜局在化の分子機構

• 研究課題/領域番号: 15208009
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用微生物学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 徳田 元 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 教授 (40125943)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 43,940千円 (直接経費: 33,800千円、間接経費: 10,140千円); 2005年度: 11,570千円 (直接経費: 8,900千円、間接経費: 2,670千円); 2004年度: 16,120千円 (直接経費: 12,400千円、間接経費: 3,720千円); 2003年度: 16,250千円 (直接経費: 12,500千円、間接経費: 3,750千円)
• キーワード: 蛋白質輸送 / 分子シャペロン / 再構成 / 大腸菌 / ABCトランスポーター / リポ蛋白質 / 膜局在化 / 選別シグナル

研究概要

大腸菌は、内膜または外膜のペリプラズム側にアンカーした90種以上のリボ蛋白質を持っている。+2位にAspを持つリポ蛋白質のみが内膜に局在する。外膜特異的リポ蛋白質は、Lolシステムの作用で内膜から遊離し外膜に運ばれる。LolAとLolBの結晶構造は極めてよく似ているが、LolAからLolBへリポ蛋白質が受け渡される反応は、エネルギーを要求せず、かつ一方向にのみ進行する。多数のLolA変異体を構築し、この過程を詳細に解析した結果、リポ蛋白質と疎水的結合をしていること、この結合はLolBと比較してLolAでは格段に弱いことを明らかにした。すなわち、結合の強さが方向を決定していることが明確になった。また、LolAのリポ蛋白質結合部位はそれを覆う蓋によって閉じられている。蓋の開閉に関与するアミノ酸残基や、結合部位を構成するアミノ酸残基に変異を導入し、LolAの機能には蓋の開閉が重要であることを示した。LolDには膜サブユニットと相互作用すると推測される領域がある。この領域に変異を導入した結果、膜サブユニットとの機能的な相互作用に欠陥を生じると、ATPase活性は正常でも、遊離活性が消失することを見いだした。

研究成果

• [雑誌論文] An ABC transporter mediating the membrane detachment of bacterial lipoproteins depending on their sorting signals. (2006)
  • 著者名/発表者名: Narita, S.
  • 雑誌名: FEBS Lett. 580 ページ: 1164-1170
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Roles of the hydrophobic cavity and lid of LolA in the lipoprotein transfer reaction in Escherichia coli. (2006)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, S.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 281 ページ: 3335-3342
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Structure, function and transport of lipoproteins in Escherichia coli. (2006)
  • 著者名/発表者名: Tokuda, H.
  • 雑誌名: In The Periplasm, M. Ehrmann (ed), ASM press (印刷中)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] H. Genetic analysis of the mode of interplay between an ATPase subunit and membrane subunits of lipoprotein-releasing ABC transporter LolCDE. (2006)
  • 著者名/発表者名: Ito, Y.
  • 雑誌名: J. Bacteriol. (印刷中)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Roles of the hydrophobic cavity and lid of LolA in the lipoprotein transfer reaction in Escherichia coli. (2006)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, S.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 281 ページ: 3335-3342
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] (Invited review) An ABC transporter mediating the membrane detachment of bacterial lipoproteins depending on their sorting signals. (2006)
  • 著者名/発表者名: Narita, S.
  • 雑誌名: FEBS Lett. 580 ページ: 1164-1170
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Structure, function and transport of lipoproteins in Escherichia coli. (2006)
  • 著者名/発表者名: Tokuda, H.
  • 雑誌名: The Periplasm(M.Ehrmann(ed))(ASM press) (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Genetic analysis of the mode of interplay between an ATPase subunit and membrane subunits of lipoprotein-releasing ABC transporter LolCDE. (2006)
  • 著者名/発表者名: Ito, Y.
  • 雑誌名: J.Bacteriol. (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Structure, function and transport of lipoproteins in Escherichia coli. (2006)
  • 著者名/発表者名: Tokuda, H.
  • 雑誌名: In The Periplasm (M.Ehrmann (ed)) (ASM press) (印刷中)
• [雑誌論文] H.Genetic analysis of the mode of interplay between an ATPase subunit and membrane subunits of lipoprotein-releasing ABC transporter LolCDE. (2006)
  • 著者名/発表者名: Ito, Y.
  • 雑誌名: J.Bacteriol. (印刷中)
• [雑誌論文] Mechanisms underlying energy-independent transfer of lipoproteins from LolA to LolB, which have similar unclosed β-barrel structures. (2005)
  • 著者名/発表者名: Taniguchi, N.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 280 ページ: 34481-34488
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Disruption of rpmJ encoding ribosomal protein L36 decreases the expression of secY upstream of the spc operon and inhibits protein translocation in Escherichia coli. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ikegami, A.
  • 雑誌名: Biosci. Biotechnol. Biochem. 69 ページ: 1595-1602
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 大腸菌リポタンパク質の輸送 (2005)
  • 著者名/発表者名: 成田新一郎
  • 雑誌名: 実験医学 23 ページ: 2283-2288
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Mechanisms underlying energy-independent transfer of lipoproteins from LolA to LolB, which have similar unclosed β-barrel structures. (2005)
  • 著者名/発表者名: Taniguchi N.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280 ページ: 34481-34488
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Disruption of rpmJ encoding ribosomal protein L36decreases the expression of secY upstream of the spc operon and inhibits protein translocation in Escherichia coli. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ikegami, A.
  • 雑誌名: Biosci.Biotechnol.Biochem. 69 ページ: 1595-1602
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Lipoprotein delivery system of Escherichia coli. (2005)
  • 著者名/発表者名: Narita, S.
  • 雑誌名: Experimental Medicine 23 ページ: 2283-2288
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Mechanisms underlying energy-independent transfer of lipoproteins from LolA to LolB, which have similar unclosed βbarrel structures. (2005)
  • 著者名/発表者名: Taniguchi, N.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280 ページ: 34481-34488
• [雑誌論文] Disruption of rpmJ encoding ribosomal protein L36 decreases the expression of secY upstream of the spc operon and inhibits protein translocation in Escherichia coli. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ikegami, A.
  • 雑誌名: Biosci.Biotechnol.Biochem. 69 ページ: 1595-1602
• [雑誌論文] (Invited review) Sorting of lipoproteins to the outer membrane in E.coli. (2004)
  • 著者名/発表者名: Tokuda, H.
  • 雑誌名: Biophys. Acta. 1693 ページ: 5-13
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] (Invited review) Lipoprotein trafficking in Escherichia coli. (2004)
  • 著者名/発表者名: Narita, S
  • 雑誌名: Arch. Micorbiol. 182 ページ: 1-6
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Overexpression of gnsA, a multicopy suppressor of the secG null mutation, increases acidic phospholipid contents by inhibiting phosphatidylethanolamine synthesis at low temperatures. (2004)
  • 著者名/発表者名: Sugai, R.
  • 雑誌名: J. Bacteriol. 186 ページ: 5968-5971
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] effects of lipoprotein overproduction on the induction of DegP (HtrA) involved in quality control in the Escherichia coli periplasm. (2004)
  • 著者名/発表者名: Miyadai, H.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 279 ページ: 39807-39813
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] argeted mutagenesis of five conserved tryptophan residues of LolB involved in membrane localization of Escherichia coli lipoproteins. (2004)
  • 著者名/発表者名: Wada, R.
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Ress. Commun. 323 ページ: 1069-1074
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 蛋白質輸送とエンベロープの形成(原核細胞) (2004)
  • 著者名/発表者名: 徳田元
  • 雑誌名: 蛋白質・核酸・酵素 49 ページ: 942-949
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] (Invited review) Sorting of lipoproteins to the outer membrane in E.coli. (2004)
  • 著者名/発表者名: Tokuda, H.
  • 雑誌名: Biochim.Biophys.Acta. 1693 ページ: 5-13
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] (Invited review) Lipoprotein trafficking in Escherichia coli. (2004)
  • 著者名/発表者名: Narita, S.
  • 雑誌名: Arch.Micorbiol. 182 ページ: 1-6
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Overexpression of gnsA, a multicopy suppressor of the secG null mutation, increases acidic phospholipid contents by inhibiting phosphatidylethanolamine synthesis at low temperatures. (2004)
  • 著者名/発表者名: Sugai, R.
  • 雑誌名: J.Bacteriol. 186 ページ: 5968-5971
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Effects of lipoprotein overproduction on the induction of DegP (HtrA) involved in quality control in the Escherichia coli periplasm. (2004)
  • 著者名/発表者名: Miyadai, H.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279 ページ: 39807-39813
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Targeted mutagenesis of five conserved tryptophan residues of LolB involved in membrane localization of Escherichia coli lipoproteins. (2004)
  • 著者名/発表者名: Wada, R.
  • 雑誌名: Biochim.Biophys.Ress.Commun. 323 ページ: 1069-1074
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Protein trafficking and envelope biogenesis in bacteria. (2004)
  • 著者名/発表者名: Tokuda, H.
  • 雑誌名: Protein, Nucleic acid, Enzyme 49 ページ: 942-949
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Sorting of lipoproteins to the outer membrane in E.coli. (2004)
  • 著者名/発表者名: Tokuda, H
  • 雑誌名: BBA-Molecular Cell Research 1693 ページ: 5-13
• [雑誌論文] Lipoprotein trafficking in Escherichia coli. (2004)
  • 著者名/発表者名: Narita, S.
  • 雑誌名: Arch.Micorbiol. 182 ページ: 1-6
• [雑誌論文] Overexpression of gnsA, a multicopy suppressor of the secG null mutation, increases acidic phosholpid contents by inhibiting phoshatidylethanolamine synyhesis at low temperature. (2004)
  • 著者名/発表者名: Sugai, R
  • 雑誌名: J.Bacteriol. 186 ページ: 5968-5971
• [雑誌論文] Effects of lipoprotein overproduction on the induction of DegP (HtrA) involved in the quality control of Escherichia coli periplasm. (2004)
  • 著者名/発表者名: Miyadai, H.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279 ページ: 39807-39813
• [雑誌論文] Targeted mutagenesis of five conserved tryptophan residues of LolB involved in membrane localization of Escherichia coli lipoproteins. (2004)
  • 著者名/発表者名: Wada, R.
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Commun. 323 ページ: 1069-1074
• [雑誌論文] 蛋白質輸送とエンベロープの形成(原核細胞) (2004)
  • 著者名/発表者名: 徳田 元
  • 雑誌名: 蛋白質核酸酵素 49 ページ: 942-949
• [雑誌論文] A mutation in the membrane subunit of an ABC transporter LolCDE complex causing outer membrane localization of lipoproteins against their inner membrane-specific signals. (2003)
  • 著者名/発表者名: Narita, S.
  • 雑誌名: Mol. Microbiol. 49 ページ: 167-177
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Crystallization and preliminary crystallographic study of the outer membrane lipoprotein receptor LolB, a member of the lipoprotein localization factors. (2003)
  • 著者名/発表者名: Takeda, K.
  • 雑誌名: Acta Cryst. D59 ページ: 1224-1226
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A practical phasing procedure of MAD method without the aid of XAFS measurements : successful solution in the structure determination of the outer membrane lipoprotein carrier LolA. (2003)
  • 著者名/発表者名: Takeda, K.
  • 雑誌名: Acta Cryst. D59 ページ: 1440-1446
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Crystal Structures of Bacterial Lipoprotein Localization Factors. LolA and LolB. (2003)
  • 著者名/発表者名: Takeda, K.
  • 雑誌名: EMBO J. 22 ページ: 3199-3209
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Depletion of SecDF-YajC causes a decrease in the level of SecG : Implication for their functional interaction. (2003)
  • 著者名/発表者名: Kato, Y.
  • 雑誌名: FFBS Lett. 550 ページ: 114-118
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Mechanism underlying the inner membrane retention of E.coli lipoproteins caused by Lol avoidance signals. (2003)
  • 著者名/発表者名: Hara, T
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 278 ページ: 40408-40414
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A mutation in the membrane subunit of an ABC transporter LolCDE complex causing outer membrane localization of lipoproteins against their inner membrane-specific signals. (2003)
  • 著者名/発表者名: Narita, S.
  • 雑誌名: Mol.Microbiol. 49 ページ: 167-177
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A practical phasing procedure of MAD method without the aid of XAFS measurement : successful solution in the structure determination of the outer membrane lipoprotein carrier LolA. (2003)
  • 著者名/発表者名: Takeda, K.
  • 雑誌名: Acta Cryst. D59 ページ: 1440-1446
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Crystal Structures of Bacterial Lipoprotein Localization Factors, LolA and LolB. (2003)
  • 著者名/発表者名: Takeda, K.
  • 雑誌名: EMBO J. 22 ページ: 3199-3209
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Depletion of SecDF-YajC causes a decrease in the level of SecG : Implication for their functional interaction. (2003)
  • 著者名/発表者名: Kato, Y.
  • 雑誌名: FEBS Lett. 550 ページ: 114-118
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Mechanism underlying the inner membrane retention of E.coli lipoproteins caused by Lol avoidance signals. (2003)
  • 著者名/発表者名: Hara, T.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 278 ページ: 40408-40414
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Narita, S.: "A mutation in the membrane subunit of an ABC transporter LolCDE complex causing outer membrane localization of lipoproteins against their inner membrane-specific signals."Mol.Microbiol.. 49. 167-177 (2003)
• [文献書誌] Takeda, K.: "Crystallization and preliminary crystallographic study of the outer-membrane lipoprotein receptor LolB, a member of the lipoprotein localization factors."Acta Cryst.. D59. 1224-1226 (2003)
• [文献書誌] Takeda, K.: "A practical phasing procedure using the MAD method without the aid of XAFS measurements : successful solution in the structure determination of the outer-membrane lipoprotein carrier LolA."Acta Cryst.. D59. 1440-1446 (2003)
• [文献書誌] Takeda, K.: "Crystal Structures of Bacterial Lipoprotein Localization Factors, LolA and LolB."EMBO J.. 22. 3199-3209 (2003)
• [文献書誌] Kato, Y.: "Depletion of SecDF-YajC causes a decrease in the level of SecG : implication for their functional interaction."FEBS Lett.. 550. 114-118 (2003)
• [文献書誌] Hara, T.: "Mechanism underlying the inner membrane retention of E.coli lipoproteins caused by Lol avoidance signals."J.Biol.Chem.. 278. 40408-40414 (2003)