制御された膜内タンパク質切断(RIP)の分子メカニズム

• 研究課題/領域番号: 17370068
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 細胞生物学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 秋山 芳展 京都大学, ウイルス研究所, 教授 (10192460)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 15,970千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 1,470千円); 2007年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2006年度: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円); 2005年度: 6,800千円 (直接経費: 6,800千円)
• キーワード: 膜内切断 / プロテアーゼ / RIP / S2P / Rhomboid / 結晶構造 / 活性部位環境 / 基質結合 / 機能調節 / 膜タンパク質 / タンパク質分解 / I-CLiP / システインスキャニング / チオール修飾 / 膜内タンパク質切断 / ストレス応答 / 大腸菌

研究概要

「膜内部におけるタンパク質切断(RIP)」に関わるプロテアーゼは、様々な生体プロセスに重要な役割を果たしている。本研究で、我々は大腸菌に存在する二種類のRIPプロテアーゼGlpG(Rhomboidファミリー)とRseP(site-2ファミリー(S2P))の構造と機能について研究を行った。GlpGについては、活性部位環境を解析して、活性部位が親水性cavity内部にあることを示した。また、RIP酵素として初めて明らかになったGlpGの結晶構造から、その第1及び第2膜貫通領域(TM1とTM2)の間に存在するペリプラズムループL1が酵素の本体から外側へ大きく突き出した特異な構造を持つことを示し、また、L1が部分的に膜に埋もれており、L1に存在する保存性の高いWRモチーフがGlpGのプロテアーゼ活性発現に重要であることを明らかにした。L1ループやWRモチーフの具体的な機能については明らかではないが、L1ループが脂質との相互作用を通じて、GlpGの活性調節に関与する可能性を考えている。
RIPに関わるプロテアーゼの中でも、S2Pファミリーはその機能や調節に関する研究が特に遅れている。RsePについても、活性部位の環境を調べ、それがGlpGとは異なって、蛋白質ドメイン中に隔離されていることを示した。これまでRsePの基質認識・結合メカニズムについては、ほとんどが不明であったが、我々は基質TM内のヘリックスブレーカー残基がRsePとの結合に重要であること、RsePのTM3が基質と相互作用に直接関わることを見出した。これらの知見は最近明らかとなった古細菌S2Pの構造とも良く一致している。構造情報も利用してさらに解析を進めることで、これらのプロテアーゼの働きを分子レベルで明らかにしていきたいと考えている。

研究成果

• [雑誌論文] The role of L1 loop in the mechanism of rhomboid intramembrane protease GlpG (2007)
  • 著者名/発表者名: Wang, Y., Maegawa, S., Akiyam, Y., and, Ha, Y.
  • 雑誌名: J. Mol. Biol. 374 ページ: 1104-1113
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sequence features of substrates required for cleavage by GlpG, an Escherichia coli rhomboid protease (2007)
  • 著者名/発表者名: Akiyama, Y. and Maegawa, S.
  • 雑誌名: Mol. Microbiol. 64 ページ: 1028-1037
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] The intramembrane active site of GlpG, an Escherichia coli rhomboid protease, is accessible to water and hydrolyzes an extramembrane peptide-bond of substrates. (2007)
  • 著者名/発表者名: Maegawa, S., Koide, K., Ito, K., and Akiyama, Y.
  • 雑誌名: Mol. Microbiol. 64 ページ: 435-447
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] The role of Ll loop in the mechanism of rhomboid intramembrane. protease GlpG (2007)
  • 著者名/発表者名: Wang, Y., Maegawa, S., Akiyama, Y., Ha, Y
  • 雑誌名: J. Mol. Biol 374 ページ: 1104-1113
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Sequence features of substrates required for cleavage by GlpG, an Escherichia coil rhomboid protease (2007)
  • 著者名/発表者名: Akiyama, Y., Maegawa, S
  • 雑誌名: Mol. Microbiol 64 ページ: 1028-1037
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The intramembrane active site of G1pG, an Escherichia call rhomboid protease, is accessible to water and hydrolyzes an extramembrane peptide-bond of substrates (2007)
  • 著者名/発表者名: Maegawa, S., Koide, K., Ito, K., Akiyama, Y
  • 雑誌名: Mol. Microbiol 64 ページ: 435-447
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The role of L1 loop in the mechanism of rhomboid intramembrane protease GlpG. (2007)
  • 著者名/発表者名: Wang, Y., Maegawa, S., Akiyama, Y., and Ha, Y.
  • 雑誌名: J. Mol. Biol. 374 ページ: 1104-1113
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sequence features of substrates required for cleavage by GlpG, an Escherichia coli rhomboid protease. (2007)
  • 著者名/発表者名: Akiyama, Y. and Maegawa, S.
  • 雑誌名: Mol. Microbiol. 64 ページ: 1028-1037
  • 査読あり
• [雑誌論文] SecY alterations that impair membrane protein folding and generate a membrane stress. (2007)
  • 著者名/発表者名: Shimohata, N., Nagamori, S., Akiyama, Y., Kaback, H.R., Ito, K.
  • 雑誌名: J. Cell Biol. 176 ページ: 307-317
• [雑誌論文] Environments of the active site region of RseP, an E. coli RIP protease, assessed by site-directed cysteine alkylation. (2007)
  • 著者名/発表者名: Koide, K., Maegawa, S., Ito, K., Akiyama, Y.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 282 ページ: 4553-4560
• [雑誌論文] The intramembrane active site of GlpG, an E. coli rhomboid protease, is accessible to water and hydrolyzes an extramembrane peptide-bond of substrates. (2007)
  • 著者名/発表者名: Maegawa, S., Koide, K., Ito, K., Akiyama, Y.
  • 雑誌名: Mol. Microbiol (in press)
• [雑誌論文] Proteolytic activity of HtpX, a membrane-bound and stress-controlled protease from E. coli. (2005)
  • 著者名/発表者名: Machiko Sakoh
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280 ページ: 33305-33310
• [雑誌論文] Proteolytic action of GlpG, a rhomboid protease in the Escherichia coli cytoplasmic membrane. (2005)
  • 著者名/発表者名: Saki Maegawa
  • 雑誌名: Biochemistry 44 ページ: 13543-13552
• [雑誌論文] Peculiar Properties of DsbA in its Export across the E. coli Cytoplasmic Membrane. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nobuyuki Shimohata
  • 雑誌名: J.Bacteriol. 187 ページ: 3997-4004
• [学会発表] Function and regulation of E. coli membrane metalloproteases. (2007)
  • 著者名/発表者名: Akiyama, Y.
  • 学会等名: Gordon Research Conference on Matrix metalloproteinases.
  • 発表場所: Lucca, Italy
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Function and regulation of E. coil membrane metalloproteases (2007)
  • 著者名/発表者名: Akiyama, Y
  • 学会等名: Gordon Research Conference on Matrix metalloproteinases
  • 発表場所: Lucca, Italy
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [備考] 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • URL: http://www.virus.kyoto-u.ac.jp/Lab/akiyama/index.html
• [備考]
  • URL: http://www.virus.kyoto-u.ac.jp/Lab/akiyama/index.html