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プロトンポンプ機構解明に向けた呼吸鎖末端酵素の構造機能解析

研究課題

研究課題/領域番号 18K06162
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
研究機関兵庫県立大学

研究代表者

村本 和優  兵庫県立大学, 生命理学研究科, 准教授 (50305679)

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 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード生体エネルギー / 生物物理 / 呼吸鎖 / 膜蛋白質 / 酵素 / X線結晶解析 / 電顕単粒子解析 / ナノバイオ / 蛋白質
研究成果の概要

ミトコンドリア内膜や細菌細胞膜にある呼吸鎖は、酸化還元反応(電子伝達)で放出されるエネルギーを利用して水素イオン(プロトン)を移動し、生命活動に利用可能なエネルギーを効率的に生産する。呼吸鎖末端酵素におけるエネルギー変換の分子機構を理解するため、ミトコンドリアのシトクロム酸化酵素と細菌由来一酸化窒素還元酵素の構造と機能の研究を行った。その結果、構造解析の分解能が向上したとともに、基質、阻害剤等との反応に伴う酵素の構造変化や、酵素の単量体化2量体化に伴う活性制御メカニズムに関する知見が得られた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

呼吸鎖酵素は生体膜を介したプロトン移動による効率的なエネルギー変換を行う。ミトコンドリア呼吸鎖の代謝異常は活性酸素産生などに関係する。病原菌の呼吸鎖酵素は宿主免疫系から菌体を守る働きを担う。本研究では呼吸鎖酵素のエネルギー変換機構に関して分子レベルでの知見が得られたとともに、これらの知見は高効率なエネルギー変換素子の構築、代謝異常のメカニズム解明、病原菌に対する薬剤の創出につながることが期待される。

報告書

(4件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 研究成果

    (20件)

すべて 2021 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 1件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] The 1.3-angstrom resolution structure of bovine cytochrome c oxidase suggests a dimerization mechanism2021

    • 著者名/発表者名
      Shinzawa-Itoh Kyoko、Hatanaka Miki、Fujita Kazuya、Yano Naomine、Ogasawara Yumi、Iwata Jun、Yamashita Eiki、Tsukihara Tomitake、Yoshikawa Shinya、Muramoto Kazumasa
    • 雑誌名

      BBA Advances

      巻: 1 ページ: 100009-100009

    • DOI

      10.1016/j.bbadva.2021.100009

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] ウシ心筋シトクロム酸化酵素の活性化型単量体構造2020

    • 著者名/発表者名
      SHINZAWA-ITOH Kyoko、MURAMOTO Kazumasa
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 60 号: 5 ページ: 276-279

    • DOI

      10.2142/biophys.60.276

    • NAID

      130007919220

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] X-ray structures of catalytic intermediates of cytochrome c oxidase provide insights into its O2 activation and unidirectional proton-pump mechanisms2020

    • 著者名/発表者名
      A. Shimada, Y. Etoh, R. Kitoh-Fujisawa, A. Sasaki, K. Shinzawa-Itoh, T. Hiromoto, E. Yamashita, K. Muramoto, T. Tsukihara, S. Yoshikawa
    • 雑誌名

      J. Biol. Chem.

      巻: 295 号: 17 ページ: 5818-5833

    • DOI

      10.1074/jbc.ra119.009596

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The active form of quinol-dependent nitric oxide reductase from Neisseria meningitidis is a dimer2020

    • 著者名/発表者名
      Jamali M. Arif M.、Gopalasingam Chai C.、Johnson Rachel M.、Tosha Takehiko、Muramoto Kazumasa、Muench Stephen P.、Antonyuk Svetlana V.、Shiro Yoshitsugu、Hasnain Samar S.
    • 雑誌名

      IUCrJ

      巻: 7 号: 3 ページ: 404-415

    • DOI

      10.1107/s2052252520003656

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Monomeric structure of an active form of bovine cytochrome c oxidase2019

    • 著者名/発表者名
      Shinzawa-Itoh Kyoko、Sugimura Takashi、Misaki Tomonori、Tadehara Yoshiki、Yamamoto Shogo、Hanada Makoto、Yano Naomine、Nakagawa Tetsuya、Uene Shigefumi、Yamada Takara、Aoyama Hiroshi、Yamashita Eiki、Tsukihara Tomitake、Yoshikawa Shinya、Muramoto Kazumasa
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      巻: 116 号: 40 ページ: 19945-19951

    • DOI

      10.1073/pnas.1907183116

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] X-ray structural analyses of azide-bound cytochrome c oxidases reveal that the H-pathway is critically important for the proton-pumping activity.2018

    • 著者名/発表者名
      1.Shimada A, Hatano K, Tadehara H, Yano N, Shinzawa-Itoh K, Yamashita E, Muramoto K, Tsukihara T, Yoshikawa S.
    • 雑誌名

      J Biol Chem.

      巻: 293 号: 38 ページ: 14868-14879

    • DOI

      10.1074/jbc.ra118.003123

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] ウシ心筋シトクロム酸化酵素の1.3Å分解能構造が示唆する二量体化機構2020

    • 著者名/発表者名
      伊藤・新澤恭子、畑中美紀、藤田和也、矢野直峰、小笠原由美、岩田淳、山下栄樹、月原冨武、吉川信也、村本和優
    • 学会等名
      日本生体エネルギー研究会第45回討論会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] ウシミトコンドリア呼吸鎖酸素還元酵素の1.3Å分解能構造が示唆する二量体化機構2020

    • 著者名/発表者名
      伊藤・新澤恭子、畑中美紀、藤田和也、矢野直峰、小笠原由美、岩田淳、山下栄樹、月原冨武、吉川信也、村本和優
    • 学会等名
      日本生物物理学会第58回年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] O2-activation and unidirectional proton-pump mechanisms of cytochrome c oxidase elucidated by X-ray structures of its catalytic intermediates2020

    • 著者名/発表者名
      島田敦広、伊藤・新澤恭子、山下栄樹、村本和優、月原冨武、吉川信也
    • 学会等名
      第20回日本蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Cryo-EM, Crystallographic and kinetic study of quinol-dependent nitric oxide reductases from Neisseria Meninigitidis.2020

    • 著者名/発表者名
      M. Arif M. Jamali, C.C. Gopalasingam, R.M. Johnson, S.P. Muench, S.V. Antonyuk, S.S. Hasnain, T. Tosha, K. Muramoto, Y. Shiro
    • 学会等名
      2020 World Conference on Protein Science
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ウシ心筋シトクロム酸化酵素の活性型単量体構造2019

    • 著者名/発表者名
      伊藤・新澤恭子、杉村高志、御前智則、蓼原吉輝、山本省吾、矢野直峰、花田真、中川徹也、上根史滋、山田聖、青山浩、山下栄樹、月原冨武、吉川信也、村本和優
    • 学会等名
      日本生体エネルギー研究会第44回討論会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Crystallographic and cryoEM structures of quinol-dependent Nitric Oxide Reductases from Neisseria meninigtidis.2019

    • 著者名/発表者名
      M. Arif M. Jamali, C.C. Gopalasingam, R.M. Johnson, S.P. Muench, S.V. Antonyuk, S.S. Hasnain, T. Tosha, K. Muramoto and Y. Shiro.
    • 学会等名
      International Symposium on Diffraction Structure Biology
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Monomeric structure of an active form of respiratory oxygen reductase from bovine mitochondria2019

    • 著者名/発表者名
      伊藤・新澤恭子、杉村高志、御前智則、蓼原吉輝、山本省吾、矢野直峰、花田真、中川徹也、上根史滋、山田聖、青山浩、山下栄樹、月原冨武、吉川信也、村本和優
    • 学会等名
      日本生物物理学会第57回年会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] ウシチトクロム酸化酵素の活性型モノマー構造2019

    • 著者名/発表者名
      伊藤・新澤恭子、杉村高志、御前智則、蓼原吉輝、山本省吾、矢野直峰、花田真、中川徹也、上根史滋、山田聖、青山浩、山下栄樹、月原冨武、吉川信也、村本和優
    • 学会等名
      第92回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] チトクロム酸化酵素反応中間体の構造解析による、酸素還元と共役したプロトンポンプ機構の解明2019

    • 著者名/発表者名
      島田敦広、村本和優、伊藤・新澤恭子、月原冨武、吉川信也
    • 学会等名
      第19回日本蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 呼吸鎖電子伝達系末端酵素の構造と機能2019

    • 著者名/発表者名
      村本和優
    • 学会等名
      2018年度べん毛研究交流会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Steady state kinetics of quinol oxidation by nitric oxide reductase from Neisseria meningitis.2018

    • 著者名/発表者名
      Jamali MMA, Muramoto K, Tosha T, Shiro Y.
    • 学会等名
      9th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ウシ心筋ミトコンドリア由来シトクロムc酸化酵素のカルシウムイオン結合構造2018

    • 著者名/発表者名
      村本和優、伊藤・新澤恭子
    • 学会等名
      本生体エネルギー研究会第43回討論会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Calcium ion-binding structure of respiratory A-type oxygen reductase.2018

    • 著者名/発表者名
      村本和優、伊藤・新澤恭子
    • 学会等名
      日本生物物理学会第56回年会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [備考]

    • URL

      https://www.sci.u-hyogo.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2022-01-27  

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