F型アクチン結晶構造から解き明かすアクチン重合・ATP加水分解・繊維切断機構

• 研究課題/領域番号: 16K14708
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 武田 修一 名古屋大学, 理学研究科, 研究員 (50509081)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2017年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2016年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: アクチン / X線結晶構造解析 / フラグミン / ゲルゾリンスーパーファミリー / ATP加水分解 / 繊維切断 / 構造生物学 / ゲルゾリン

研究成果の概要

繊維状に配置したアクチン四分子がゲルゾリンファミリータンパク質の一種であるフラグミンの全長タンパク質二分子によって固定された複合体の結晶構造を、2.3オングストローム分解能で決定した。AMPPNP, ADP-Pi, ADPが結合した繊維型コンフォメーションアクチン一分子とフラグミンのN末端側ドメインとの複合体結晶構造を1.2オングストローム分解能で決定した。これらのF型アクチン構造からアクチン繊維形成、ATP加水分解機構を原子分解能で議論することが可能となった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

アクチンは不定長に重合するタンパク質であるため、これまで繊維状態での結晶構造は報告されていなかった。今回アクチン切断因子であるフラグミンとの共結晶化という方法によって、世界初のアクチン繊維構造の解明に成功した。本研究の成果は真核細胞中に最も大量に存在するタンパク質であるアクチンの機能を理解する上で極めて重要である。

研究成果

• [雑誌論文] Polymerization and depolymerization of actin with nucleotide states at filament ends (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara Ikuko、Takeda Shuichi、Oda Toshiro、Honda Hajime、Narita Akihiro、Ma?da Yuichiro
  • 雑誌名: Biophysical Reviews 巻: 10 号: 6 ページ: 1513-1519
  • DOI: 10.1007/s12551-018-0483-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis for cofilin binding and actin filament disassembly (2018)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, K., Takeda, S., Mitsuoka, K., Oda, T., Kimura-Sakiyama, C., Maeda, Y., Narita, A.
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 印刷中
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comprehensive analysis of motions in molecular dynamics trajectories of the actin capping protein and its inhibitor complexes (2016)
  • 著者名/発表者名: Koike, R., Takeda, S., Maeda, Y., Ota, M.
  • 雑誌名: Proteins 巻: 未定 号: 7 ページ: 948-956
  • DOI: 10.1002/prot.25043
  • 査読あり
• [学会発表] BL2S1を利用したX線結晶構造解析から明らかとなったアクチン重合・ATP加水分解機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 武田修一、成田哲博、小田俊郎、小池亮太郎、森次圭、太田元規、兼松佑典、藤原郁子、田中康太郎、永江峰幸、渡邉信久、前田雄一郎
  • 学会等名: 第8回名古屋大学シンクロトロン光研究センターシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Atomic resolution structures of F‐form actin: mutual switching between G/F transition and ATPase (2018)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Takeda, Akihiro Narita, Toshiro Oda, Nobuhisa Watanabe, Takayuki Nagae, Motonori Ota, Ryotaro Koike, Kei Moritsugu, Yusuke Kanematsu, Ikuko Fujiwara, Kotaro Tanaka, Yuichiro Maeda
  • 学会等名: The 47th European muscle conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The structure of F-form actin at atomic resolutions: mutual switching between polymorphic transition and ATPase (2018)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Takeda, Akihiro Narita, Toshiro Oda, Nobuhisa Watanabe, Y, Takayuki Nagae, Motonori Ota, Ryotaro Koike, Kei Moritsugu, Yusuke Kanematsu, Ikuko Fujiwara, Kotaro Tanaka, Yuichiro Maeda
  • 学会等名: Myofilament conference 2018
  • 国際学会
• [学会発表] F-form crystal structures: Mechanisms of actin assembly and F-actin ATPase (2018)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Takeda, Akihiro Narita, Toshiro Oda, Kotaro Tanaka, Ryotaro Koike, Motonori Ota, Ikuko Fujiwara, Nobuhisa Watanabe, Yuichiro Maeda
  • 学会等名: The 62th Annual Meeting of Biophysical Society
  • 国際学会
• [学会発表] F型アクチンの結晶構造とアクチン集合メカニズム (2017)
  • 著者名/発表者名: 武田修一、前田雄一郎
  • 学会等名: 生体運動研究合同班会議
  • 発表場所: 神戸国際会議場, 兵庫県神戸市
  • 年月日: 2017-01-06
• [学会発表] ATPase mechanism and dynamic assembly of actin revealed by the F-form crystal structures (2017)
  • 著者名/発表者名: 武田 修一、成田 哲博、小田俊郎、田中 康太郎、小池 亮太郎、太田 元規、藤原 郁子、渡邉 信久、前田 雄一郎
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Actin-cofilin complex structure at 3.8 A resolution revealed by cryo-EM (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中 康太郎、武田 修一、光岡 薫、小田 俊郎、前田 雄一郎、成田 哲博
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会年会
• [学会発表] 高分解能X線結晶構造から明らかとなったアクチン重合・ATP加水分解機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 武田 修一、成田 哲博、小田 俊郎、田中 康太郎、小池 亮太郎、太田 元規、藤原 郁子、渡邉 信久、前田 雄一郎
  • 学会等名: 平成29年度日本結晶学会年会
• [学会発表] F型アクチンの結晶構造 (2017)
  • 著者名/発表者名: 武田修一、成田哲博、小田俊朗、田中康太郎、渡邉信久、前田雄一郎
  • 学会等名: 名古屋大学シンクロトロン光研究センターシンポジウム
  • 発表場所: 名古屋大学, 愛知県名古屋市
• [学会発表] Crystal Structure of the “F-form” Actin in Complex with Fragmin (2016)
  • 著者名/発表者名: Shuichi Takeda, Akihiro Narita, Kotaro Tanaka, Toshiro Oda, Nobuhisa Watanabe, Yuichiro Maeda
  • 学会等名: Now in actin study: Motor protein research reaching a new stage
  • 発表場所: 名古屋大学, 愛知県名古屋市
  • 年月日: 2016-12-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Crystal Structure of Actin 4-mer in Complex with 2 Fragmin Molecules and the Mechanism of Actin Filament Assembly (2016)
  • 著者名/発表者名: Takeda, S., Narita, A., Oda, T., Tanaka, K., Maeda, Y.
  • 学会等名: Gordon Research Conference, Muscle & Molecular Motors
  • 発表場所: Mount Snow, West Dover, Vermont, USA
  • 年月日: 2016-07-17
  • 国際学会 / 招待講演