プロトン駆動力を用いたSecDFによるタンパク質膜透過促進機構の解明

• 研究課題/領域番号: 17K07334
• 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: 京都大学
• 研究代表者: 森 博幸 京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 准教授 (10243271)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2017年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: SecDF / プロトン駆動力 / タンパク質膜透過 / PMF / 細菌 / 分泌 / PpiD / in vivo光架橋実験 / 膜タンパク質 / エネルギー変換

研究成果の概要

膜タンパク質複合体SecDFは、プロトン駆動力を用いて細菌におけるタンパク質膜透過反応を促進するが、その分子機構の詳細は明らかではない。本研究では、SecDFと生細胞内で近接する因子の同定を通して、ペリプラズムシャペロンPpiDが、SecDFと共同的に働くことにより、ある種の基質タンパク質の膜透過に関与することを見出した。また、SecDFの別のコンフォーメーション状態の高分解能の立体構造を明らかとした。これらの成果は、SecDFによるタンパク質膜透過促進機構の理解において重要な知見を与える。

研究成果の学術的意義や社会的意義

タンパク質の膜透過反応は全ての生物に必須の現象であり、その分子機構の理解は細胞生物学の重要な研究課題の１つである。加えて、近年病原性細菌の多剤耐性化による院内感染の増加は大きな社会問題となっており、これまでとは作用機序の異なる薬の開発が待たれている。SecDFは細菌に特有の因子であるのに加え、大きな機能ドメインを細胞質外に持つことから、創薬の有用なターゲット候補として期待されている。効率良い創薬を進めるには、本研究による分子機構の理解は非常に意義が大きい。

研究成果

• [雑誌論文] Fine interaction profiling of VemP and mechanisms responsible for its translocation-coupled arrest-cancelation (2020)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki Ryoji、Akiyama Yoshinori、Mori Hiroyuki
  • 雑誌名: eLife 巻: 9
  • DOI: 10.7554/elife.62623
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Reversible auto-inhibitory regulation of Escherichia coli metallopeptidase BepA for selective β-barrel protein degradation. (2020)
  • 著者名/発表者名: Daimon 他7名
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 巻: 117 号: 45 ページ: 27989-27996
  • DOI: 10.1073/pnas.2010301117
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 運動能の系統樹 : 生命の系統樹における運動システム進化についての提案 (2020)
  • 著者名/発表者名: M Miyata, R C Robinson, T QP Uyeda, Y Fukumori, S Fukushima, S Haruta, M Homma, K Inaba, M Ito, C Kaito, K Kato, TKenri, Y Kinosita, S Kojima, T Minamino, H Mori, S Nakamura, D Nakane, K Nakayama, M Nishiyama, S Shibata, K Shimabukuro, M Tamakoshi, A Taoka, Y Tashiro, ITulum, HiWada, K Wakabayashi
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 25 号: 1 ページ: 6-21
  • DOI: 10.1111/gtc.12737
  • NAID: 130007881664
  • URL: https://ocu-omu.repo.nii.ac.jp/records/2019864
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A photo-cross-linking approach to monitor protein dynamics in living cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki Ryoji、Akiyama Yoshinori、Mori Hiroyuki
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects 巻: 印刷中 号: 2 ページ: 129317-129317
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2019.03.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heat shock transcription factor σ³² defective in membrane transport can be suppressed by transposon insertion into genes encoding a restriction enzyme subunit or a putative autotransporter in <i>Escherichia coli</i> (2018)
  • 著者名/発表者名: Yura Takashi、Miyazaki Ryoji、Fujiwara Keigo、Ito Koreaki、Chiba Shinobu、Mori Hiroyuki、Akiyama Yoshinori
  • 雑誌名: Genes & Genetic Systems 巻: 93 号: 6 ページ: 229-235
  • DOI: 10.1266/ggs.18-00040
  • NAID: 130007582071
  • ISSN: 1341-7568, 1880-5779
  • 年月日: 2018-12-01
  • 査読あり
• [雑誌論文] Monitoring substrate enables real-time regulation of a protein localization pathway (2018)
  • 著者名/発表者名: Ito Koreaki、Mori Hiroyuki、Chiba Shinobu
  • 雑誌名: FEMS Microbiology Letters 巻: 365 号: 11 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1093/femsle/fny109
  • 査読あり
• [雑誌論文] A new photo-cross-linking approach for analysis of protein dynamics in vivo. (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki, R., Myogo, N., Mori, H. and Akiyama, Y.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 293 号: 2 ページ: 677-686
  • DOI: 10.1074/jbc.m117.817270
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification and characterization of arrest motif in VemP by systematic mutational analysis. (2018)
  • 著者名/発表者名: Mori, H., Sakashita, S., Ito, J., Ishii, E. and Akiyama, Y.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 293 号: 8 ページ: 2915-2926
  • DOI: 10.1074/jbc.m117.816561
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tunnel Formation Inferred from the I-Form Structures of the Proton-Driven Protein Secretion Motor SecDF (2017)
  • 著者名/発表者名: Arata Furukawa, Kunihito Yoshikaie, Takaharu Mori, Hiroyuki Mori, Yusuke V. Morimoto, Yasunori Sugano, Shigehiro Iwaki, Tohru Minamino, Yuji Sugita, Yoshiki Tanaka, Tomoya Tsukazaki
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 19 号: 5 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.04.030
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] BepA mediates productive transfer of substrate proteins to the β-barrel assembly machinery (BAM) complex. (2017)
  • 著者名/発表者名: Daimon, Y., Masui, C., Tanaka, Y., Shiota, T., Suzuki, T., Miyazaki, R., Sakurada, H., Lithgow, T., Dohmae, N., Mori, H., Tsukazaki, T., Narita, S. and Akiyama, Y.
  • 雑誌名: Mol. Microbiol. 巻: 106 号: 5 ページ: 760-776
  • DOI: 10.1111/mmi.13844
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] 細菌の外膜生合成と品質管理に関わる2機能性プロテアーゼBepAの基質認識機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮﨑亮次、吉谷亘平、森 博幸、秋山芳展
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会、web開催
• [学会発表] ビブリオ菌VemPの翻訳途上鎖を介したmRNA分解機構に関する研究 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石井英治、秋山芳展、森 博幸
  • 学会等名: 第16回21世紀大腸菌研究会
• [学会発表] 部位特異的in vivo光架橋法によるVemPの翻訳停止解除機構の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮﨑亮次、秋山芳展、森 博幸
  • 学会等名: 第16回21世紀大腸菌研究会
• [学会発表] 部位特異的in vivo光架橋法による大腸菌LptDの生合成過程の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 渡邊哲朗、宮﨑亮次、森 博幸、秋山芳展
  • 学会等名: 第16回21世紀大腸菌研究会
• [学会発表] 改良型部位特異的in vivo光架橋法による生細胞内での翻訳途上ポリペプチド鎖の相互作用動態解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮﨑亮次、秋山芳展、森 博幸
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
• [学会発表] Vibrio alginolyticusにおける新生ポリペプチド鎖依存的なmRNA分解機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石井英治、秋山芳展、森 博幸
  • 学会等名: 第53回ビブリオシンポジウム
• [学会発表] ビブリオ属細菌における新生ポリペプチド鎖を介した遺伝子発現制御機構について (2019)
  • 著者名/発表者名: 石井 英治、秋山芳展、森 博幸
  • 学会等名: 発酵研究所寄付講座開設記念シンポジウム「IFOがつなぐ京大微生物学のフロントライン」
• [学会発表] 部位特異的in vivo光架橋法による大腸菌LptDの生合成過程の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 渡邊哲朗、宮﨑亮次、森 博幸、秋山芳展
  • 学会等名: 発酵研究所寄付講座開設記念シンポジウム「IFOがつなぐ京大微生物学のフロントライン」
• [学会発表] 細菌の翻訳途上鎖による翻訳アレストを介したmRNA分解機構の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石井英治、秋山芳展、森 博幸
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 部位特異的in vivo光架橋法による大腸菌外膜タンパク質LptDの成熟過程の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮﨑亮次、渡邊哲朗、森 博幸、秋山芳展
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Identification and characterization of a translation arrest motif in VemP by systematic mutational analysis. (2018)
  • 著者名/発表者名: Mori, H., Sakashita, S., Ito, J., Ishii, E. and Akiyama Y.
  • 学会等名: International symposium Proteins: From the Cradle to the Grave
• [学会発表] Analysis of cis and trans factors involved in export and translation arrest of VemP by an in vivo photo cross-linking approach. (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki, R., Akiyama Y. and Mori, H.
  • 学会等名: International symposium Proteins: From the Cradle to the Grave
• [学会発表] Roles of mRNA secondary structure of vemP-secD2 intergenic region in VemP translation arrest coupled SecD2 expression (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishii, E., Sakashita, S., Akiyama, Y. and Mori, H.
  • 学会等名: International symposium Proteins: From the Cradle to the Grave
• [学会発表] SRP経路を介したVemPの膜透過装置への輸送と翻訳アレスト解除. (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮崎亮次、秋山芳展、森 博幸
  • 学会等名: 第5回ribosome meeting
• [学会発表] Structure and Physiological Function of SecDF That Enhances Protein Export. (2017)
  • 著者名/発表者名: Mori, H.
  • 学会等名: International symposium 'Harmonized supermolecular motility machinery and its diversity'
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Identification and characterization of a translation arrest motif in VemP by systematic mutational analysis. (2017)
  • 著者名/発表者名: Mori, H., Sakashita, S., Ito, J., Ishii, E. and Akiyama, Y.
  • 学会等名: 日本生物物理学会第55回年会 シンポジウム「実験と理論計算で明らかになってきた細胞環境での蛋白質間相互作用」
  • 招待講演
• [学会発表] Protein translocation motor SecDF. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tsukazaki, T., Furukawa, A., Yoshikaie, K., Mori, T., Mori, H., Morimoto, V. Y., Sugano, T., Iwaki, S., Minamino, T., Sugita, Y. and Tanaka, T
  • 学会等名: 日本生物物理学会第55回年会 シンポジウム「構造生命科学の新しい潮流」
  • 招待講演
• [学会発表] Nascent chain-monitored remodeling of the Sec machinery for salinity adaptation of a marine bacterium, Vibrio alginolyticus. (2017)
  • 著者名/発表者名: Mori, H.
  • 学会等名: Commemorative symposium for 33rd international prize for biology 'Marine biology opens a frontier for the future'.
  • 国際学会 / 招待講演