ヒトFoF1-ATP合成酵素の機能制御機構の解明

• 研究課題/領域番号: 15K07014
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機能生物化学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 鈴木 俊治 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 主幹研究員 (60618809)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: FoF1-ATP synthase / F1-ATPase / ATP / FoF1-ATP合成酵素 / 生体エネルギー変換 / 分子モーター / 結晶構造解析 / 構造機能相関 / 顕微鏡一分子観察

研究成果の概要

本研究ではヒトF1-ATPase (F1)と高い構造類似性を持つウシF1の大量生産システム、顕微鏡一分子回転観察システム、X線結晶構造解析システムを確立した。そして寿命伸長効果や生活習慣病の改善効果が報告されているレスベラトロールをモデル阻害剤として、ウシF1の機能に与える影響を顕微鏡一分子観察とX線結晶構造解析により明らかにした。分析の結果、レスベラトロールはF1の回転軸と固定子の間に結合し、生成物リン酸の結合の素過程進行を阻害することによりATPの合成反応を阻害している事が示唆された。この結果は、今後の哺乳類の生体エネルギーシステムの人為的機能調節の研究の理論的基盤となると考えられる。

研究成果

• [国際共同研究] UCSF school of Medicine(米国)
• [国際共同研究] Ciudad Universitaria(Mexico)
• [雑誌論文] Identification of aqueous access residues of the sodium half channel in transmembrane helix 5 of the F_o-<i>a</i> subunit of <i>Propionigenium modestum</i> ATP synthase (2017)
  • 著者名/発表者名: Mitome N, Sato H, Tomiyama T, Shimabukuro K, Matsunishi T, Hamada K and Suzuki T
  • 雑誌名: Biophysics and Physicobiology 巻: 14 号: 0 ページ: 41-47
  • DOI: 10.2142/biophysico.14.0_41
  • NAID: 130005449851
  • ISSN: 2189-4779
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Perfect chemo-mechanical coupling of FoF1-ATP synthase. (2017)
  • 著者名/発表者名: Soga N, Kimura K, Kinosita, K Jr, Yoshida M and Suzuki T
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA 巻: 114 号: 19 ページ: 4960-4965
  • DOI: 10.1073/pnas.1700801114
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Protons Regulate Vesicular Glutamate Transporters through an Allosteric Mechanism. (2016)
  • 著者名/発表者名: Eriksen J, Chang R, McGregor M, Silm K, Suzuki T, Edwards RH
  • 雑誌名: Neuron 巻: 90(4) 号: 4 ページ: 768-780
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2016.03.026
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Expression of mammalian mitochondrial F1-ATPase in Escherichia coli depends on two chaperone factors, AF1 and AF2. (2016)
  • 著者名/発表者名: Suzuki T, Iida N, Suzuki J, Watanabe Y, Endo T, Hisabori T and Yoshida M
  • 雑誌名: FEBS Open Bio 巻: 6(12) 号: 12 ページ: 1267-1272
  • DOI: 10.1002/2211-5463.12143
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structure of a thermophilic F1-ATPase inhibited by an ε-subunit: Deeper insight into the ε-inhibition mechanism. (2015)
  • 著者名/発表者名: Shirakihara Y, Shiratori A, Tanikawa H, Nakasako M, Yoshida M and Suzuki T
  • 雑誌名: FEBS J 巻: 282 号: 15 ページ: 2895-913
  • DOI: 10.1111/febs.13329
  • 査読あり
• [雑誌論文] A simple mechanism how F1-ATPase motor rotates with near-perfect chemo-mechanical energy conversion. (2015)
  • 著者名/発表者名: Saita E, Suzuki T, Kinosita K Jr, Yoshida M
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA 巻: 112 号: 31 ページ: 9626-9631
  • DOI: 10.1073/pnas.1422885112
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 角度分割・時分割X線結晶構造解析による、哺乳類F1-ATPaseのリン酸解離駆動の回転力発生機構の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 鈴木俊治、平田邦生、山下栄樹、遠藤斗志也、久堀徹、吉田賢右、野地博行
  • 学会等名: 第6回日本生物物理学会関東支部会
  • 発表場所: 早稲田大学(東京都)
  • 年月日: 2017-03-13
• [学会発表] Angle-divided structural analysis of mammalian F1-ATPase:Torque generation and regulatory mechanisms. (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshiharu Suzuki
  • 学会等名: 第54回日本生物物理学会年会(シンポジウム)
  • 発表場所: つくば国際会議場(茨城県)
  • 年月日: 2016-11-25
  • 招待講演
• [学会発表] Determination of the proton pump activity and the H+/ATP ratio of thermophilic Bacillus PS3 FoF1-ATP synthase. (2016)
  • 著者名/発表者名: Naoya Iida, Yuzo Kasuya, Naoki Soga, Toshiharu Suzuki, Taro Uyeda, Masasuke Yoshida, Kazuhiko Kinosita
  • 学会等名: 第54回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: つくば国際会議場(茨城県)
  • 年月日: 2016-11-25
• [学会発表] Unveiling the chemomechanical coupling of F1 ATPase of Paracoccus denitrificans. (2016)
  • 著者名/発表者名: Mariel Zarco - Zavala, Duncan G G McMillan, Toshiharu Suzuki, Hiroshi Ueno, Francisco Mendoza-Hoffmann, Jose J. Garcia-Trejo, Hiroyuki Noji
  • 学会等名: 第54回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: つくば国際会議場(茨城県)
  • 年月日: 2016-11-25
• [学会発表] Analyses of rotation and regulatory mechanisms of mammalian F1-ATPase by angle-divided X-ray crystallographic study. (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshiharu Suzuki
  • 学会等名: Japan Biophysical Society
  • 発表場所: 茨城県つくば市 つくば国際会議場
  • 年月日: 2016-11-25
  • 招待講演
• [学会発表] Arginine finger mediated rotation of bovine F1-ATPase driven by phosphate-release. (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshiharu Suzuki
  • 学会等名: European Bioenergetics conference 2016
  • 発表場所: Riva del Garda (Italia)
  • 年月日: 2016-07-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Arginine finger mediated rotation of bovine F1-ATPase driven by phosphate-release. (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshiharu Suzuki, Masasuke Yoshida, Toshiya Endo, Toru Hisabori, Hiroyuki Noji
  • 学会等名: European Bioenergetics Conference 2016
  • 発表場所: Congress centre, Riva del Garda TN, Italia
  • 年月日: 2016-07-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] How does F1-ATPase drive rotation? X-ray crystallography and single-molecule studies of mammalian F1-ATPases、 (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshiharu Suzuki
  • 学会等名: 第16回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場(福岡県)
  • 年月日: 2016-06-07
  • 招待講演
• [学会発表] X線結晶構造解析と顕微鏡一分子解析による、哺乳類F1-ATPaseの回転力発生・調節機構の解明 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鈴木俊治
  • 学会等名: 第16回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 福岡県福岡市博多区 福岡国際会議場
  • 年月日: 2016-06-07
  • 招待講演
• [学会発表] 哺乳類F1-ATPaseのリン酸解離による回転力発生機構 (2015)
  • 著者名/発表者名: 鈴木俊治、奥村 元、吉川祐輔、飯田直也、鈴木純子、木下一彦、渡邊康紀、遠藤斗志也、野地博行、吉田賢右
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会 第41回討論会
  • 発表場所: 東京都文京区 東京大学
  • 年月日: 2015-12-19
• [学会発表] ResveratrolによるウシF1-ATPaseの回転調節機構の解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 奥村 元、鈴木俊治、吉田賢右、遠藤斗志也、野地博行
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会 第41回討論会
  • 発表場所: 東京都文京区 東京大学
  • 年月日: 2015-12-19
• [学会発表] 好熱菌由来Bacillus PS3由来FoF1-ATP合成酵素のATP駆動によるH+ポンプ活性の定量 (2015)
  • 著者名/発表者名: 飯田直也、粕谷有造、曽我直樹、田崎 健、鈴木俊治、吉田賢右、木下一彦
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会 第41回討論会
  • 発表場所: 東京都文京区 東京大学
  • 年月日: 2015-12-19
• [学会発表] Na+輸送型FoF1-ATP合成酵素のaサブユニットのイオンチャンネルの解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 富山泰至、佐藤宏樹、鈴木俊治、松西拓哉、濱田康平、吉田賢右、三留規誉
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会 第41回討論会
  • 発表場所: 東京都文京区 東京大学
  • 年月日: 2015-12-19
• [学会発表] 哺乳類F1-ATPaseの回転を介したエネルギー変換の仕組みと、生体内因子・天然物による機能阻害のメカニズム (2015)
  • 著者名/発表者名: 鈴木俊治
  • 学会等名: BMB2015(生化学会分子生物学会合同年会)のワークショップ(呼吸鎖複合体とATP合成の新描像)
  • 発表場所: 兵庫県神戸市中央区 神戸ポートアイランド
  • 年月日: 2015-12-01
  • 招待講演
• [学会発表] ヒトのエネルギー生産システムはどのように調節されるのか? 生体因子・天然物によるヒト・ウシF1-ATPaseの阻害の分子メカニズム (2015)
  • 著者名/発表者名: 鈴木俊治、若林千晃、田中一巳、鈴木純子、野地博行、吉田賢右
  • 学会等名: 第15回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 徳島県徳島市藍場町 あわぎんホール
  • 年月日: 2015-06-24