細菌べん毛モーター 回転スイッチ制御機構の解明

• 研究課題/領域番号: 18K06155
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分43040:生物物理学関連
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 宮田 知子 大阪大学, 生命機能研究科, 特任准教授(常勤) (30423156)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2019年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2018年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 単粒子解析 / 電子顕微鏡 / 分子モーター / 細菌べん毛 / べん毛モーター / スイッチ複合 / 回転方向制御機構 / スイッチ複合体 / モーター

研究成果の概要

細菌の運動機関であるべん毛はその根元に左右両方向に回転できる基部体と呼ばれる回転モーターを持つ。このモーターの回転方向の切り替えは基部体の細胞質側に装着されたCリングと呼ばれるスイッチタンパク質からなる複合体で行われる。本研究ではべん毛モーターの回転方向制御機構を理解するためにCCW(左回転)型とC W（右回転）型のCリングの構造解析を行い、二状態のCリングの擬似原子モデルを得ることができた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究クライオ電子顕微鏡は近年目覚ましく発展し構造解析手法であり、生命活動を原子レベルで解明するための強力な手法である。また現在では創薬分野でも広く活用され新規薬剤の開発とうにも応用されている。我々はこの手法に着目し、複雑で巨大な生体超分子であるべん毛モーターの構造解析に成功し、この分野の進展に貢献した。

研究成果

• [雑誌論文] Structure of the molecular bushing of the bacterial flagellar motor. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, T., Makino, F., Miyata, T., Minamino, T., Kato, T. & Namba, K.
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: 12 ページ: 379347-379347
  • DOI: 10.1101/2020.11.12.379347
• [雑誌論文] Structure of the native supercoiled flagellar hook as a universal joint. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kato, T., Makino, F., Miyata, T., Horvath, P. & Namba, K.
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 113 号: 4 ページ: 755-765
  • DOI: 10.1111/mmi.14440
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structural and functional comparison of Salmonella flagellar filaments composed of FljB and FliC. (2020)
  • 著者名/発表者名: 16.Yamaguchi, T., Toma, S., Terahara, N., Miyata, T., Ashihara, M., Minamino, T., Namba, K. & Kato, T.
  • 雑誌名: Biomolecules 巻: 10 ページ: 246-246
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Novel Insights into Conformational Rearrangements of the Bacterial Flagellar Switch Complex (2019)
  • 著者名/発表者名: Sakai Tomofumi、Miyata Tomoko、Terahara Naoya、Mori Koichiro、Inoue Yumi、Morimoto Yusuke V.、Kato Takayuki、Namba Keiichi、Minamino Tohru
  • 雑誌名: mBio 巻: 10 号: 2 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1128/mbio.00079-19
  • NAID: 120006822482
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structure of Salmonella flagellar hook reveals intermolecular domain interactions for the universal joint function. (2019)
  • 著者名/発表者名: Horvath, P., Kato, T., Miyata, T. & Namba, K.
  • 雑誌名: Biomolecules 巻: 9 号: 9 ページ: 462-462
  • DOI: 10.3390/biom9090462
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Structure of the native form of the bacterial flagellar motor component. (2020)
  • 著者名/発表者名: 加藤貴之, 牧野文信, 宮田知子, 木下実紀, 南野徹, 難波啓一.
  • 学会等名: 第58回日本生物物理学会年会, オンライン大会
• [学会発表] Gating mechanism of the bacterial flagellar protein export engine. (2020)
  • 著者名/発表者名: 木下実紀, 宮田知子, 加藤貴之, 難波啓一, 南野徹.
  • 学会等名: 第58回日本生物物理学会年会, オンライン大会
• [学会発表] Helical reversal machinery of Spiroplasma. (2020)
  • 著者名/発表者名: 笹嶋雄也, 加藤貴之, 宮田知子, 難波啓一, 宮田真人.
  • 学会等名: 第58回日本生物物理学会年会, オンライン大会
• [学会発表] 細菌べん毛基部体の極低温電子顕微鏡による構造解析. (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮田知子, 加藤貴之, 牧野文信, 西條由見子, 難波啓一
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] べん毛フックの自然な構造. (2019)
  • 著者名/発表者名: 加藤貴之, 宮田知子, 牧野文信, Horvath Peter, 難波啓一.
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] べん毛モーターの分子軸受LPリングのクライオ電子顕微鏡による構造解析. (2019)
  • 著者名/発表者名: 山口智子, 牧野文信, 宮田知子, 加藤貴之, 難波啓一
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] スピロプラズマの螺旋交換遊泳を駆動する内部リボン構造. (2019)
  • 著者名/発表者名: 笹嶋雄也, 加藤貴之, 宮田知子, 難波啓一, 宮田真人
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] べん毛モーター - 摩擦を最小限にする軸受けの仕組み -. (2019)
  • 著者名/発表者名: 山口智子,牧野文信,宮田知子,加藤貴之,難波啓一
  • 学会等名: 第59回生物物理若手の会 夏の学校
• [学会発表] べん毛モーターの分子軸受けLPリングのクライオ電子顕微鏡による構造解析. (2019)
  • 著者名/発表者名: 山口智子, 牧野文信, 宮田知子, 加藤貴之, 難波啓一
  • 学会等名: 細胞を創る研究会
• [学会発表] クライオ電子顕微鏡で解く！べん毛モーター軸受の構造と機能. (2019)
  • 著者名/発表者名: 山口智子, 牧野文信, 宮田知子, 加藤貴之, 難波啓一
  • 学会等名: 博士人材CAREER FAIR
• [学会発表] クライオ電子顕微鏡でべん毛モーターのエネルギー変換効率の高い軸受構造に迫る. (2019)
  • 著者名/発表者名: 山口智子, 牧野文信, 宮田知子, 加藤貴之, 難波啓一
  • 学会等名: 女子大学院生と企業等との交流会
• [学会発表] The bushing of bacterial flagellar motor analyzed by electron cryomicroscopy. (2019)
  • 著者名/発表者名: 17.山口智子, 牧野文信, 宮田知子, 加藤貴之, 難波啓一
  • 学会等名: 2019年度理研大交流会
• [学会発表] 細菌べん毛モーターの回転方向スイッチ機構の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮田知子、加藤貴之、川本晃大、牧野文信、難波啓一
  • 学会等名: 2018年度べん毛交流会
• [学会発表] バクテリアべん毛輸送ゲート複合体の構造機能解析. (2019)
  • 著者名/発表者名: 木下実紀 、宮田知子、川本晃大、加藤貴之、難波啓一、南野徹
  • 学会等名: 日本生物物理学会年会第56回
• [学会発表] Salmonella typhimuriumべん毛たんぱく質FljBの構造とその特徴 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山口智子, 寺原直矢, 加藤貴之, 當間頌子, 宮田知子, 難波啓一
  • 学会等名: 2019年生体運動研究合同班会議
• [学会発表] サルモネラフックの“自然”な構造の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 加藤貴之, 宮田知子, Peter Horvath, 難波啓一
  • 学会等名: 2018年度べん毛研究交流会,
• [学会発表] SalmonellaのFljBべん毛繊維とFliCべん毛繊維の比較 (2019)
  • 著者名/発表者名: 山口智子, 加藤貴之, 當間頌子, 宮田知子, 難波啓一
  • 学会等名: 2018年度べん毛研究交流会
• [学会発表] 細菌べん毛モーターの回転方向変換制御機構の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮田知子、加藤貴之、川本晃大、牧野文信、難波啓一
  • 学会等名: 日本生物物理学会年会第56回
• [学会発表] クライオ電子顕微鏡で解き明かす細菌べん毛モーター回転子の立体構造と回転対象性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 川本晃大, 宮田知子, 木下実紀, 南野徹, 加藤貴之, 難波啓一
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第74回学術講演会
• [学会発表] べん毛先端のキャップ構造 (2018)
  • 著者名/発表者名: 牧野文信, 木田葵, 木下実紀, 宮田知子, 加藤貴之, 南野徹, 難波啓一, 今田勝巳
  • 学会等名: 第18回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] クライオ電子顕微鏡で解き明かす細菌べん毛モーター回転子の立体構造と回転対象性. (2018)
  • 著者名/発表者名: 川本晃大, 宮田知子, 木下実紀, 南野徹, 加藤貴之, 難波啓一
  • 学会等名: 第18回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] 細菌べん毛繊維の成長端の構造 (2018)
  • 著者名/発表者名: 木田 葵, 牧野文信, 木下実紀, 宮田知子, 加藤貴之, 南野徹, 難波啓一, 今田勝巳
  • 学会等名: 日本生物物理学会年会第56回
• [学会発表] クライオ電子顕微鏡で解き明かす細菌べん毛モーターのトルク伝達に重要な回転対称構造. (2018)
  • 著者名/発表者名: 川本晃大, 宮田知子, 木下実紀, 南野徹, 今田勝巳, 加藤貴之, 難波啓一
  • 学会等名: 日本生物物理学会年会第56回
• [学会発表] クライオ電子顕微鏡における高分解能構造解析のためのスクリーニング法の検討 (2018)
  • 著者名/発表者名: 加藤貴之, 寺原直矢, 宮田知子, 難波啓一
  • 学会等名: 日本生物物理学会年会第56回