X線結晶構造解析によるミトコンドリアトランスロケータSAM複合体の構造基盤

• 研究課題/領域番号: 18K14640
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分43020:構造生物化学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所 (2021); 京都産業大学 (2018-2020)
• 研究代表者: 竹田 弘法 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 基礎科学特別研究員 (80816588)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2020年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: ミトコンドリア / クライオ電子顕微鏡 / タンパク質の膜挿入 / SAM-Mdm10超複合体 / 構造生物学 / トランスロケーター / クライオ顕微鏡構造解析 / 出芽酵母による複合体タンパク質の大量精製 / クライオ電子顕微鏡解析 / 膜タンパク質のX線結晶構造解析 / ミトコンドリアインポート / in vitro 部位特異的架橋実験 / 平面膜単一チャネル解析

研究成果の概要

ミトコンドリアが正常に機能するには、ミトコンドリア外膜に局在する様々なβバレル膜タンパク質による物質輸送が不可欠である。これらのβバレル膜タンパク質を膜へ埋め込むのが、SAM複合体である。我々は、SAM複合体と、基質タンパク質を膜へ埋め込んだ直後のSAM-Mdm10超複合体のクライオ電顕構造を決定し、SAM複合体による基質交換メカニズムを解明した。本研究は Nature へ掲載された。また、SAM複合体が基質タンパク質を膜へ埋め込む途中のクライオ電顕構造を決定し、その分子メカニズムの一端を解明した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究は、これまでに全く明らかにされてこなかった、ミトコンドリア外膜に局在するβバレル膜タンパク質の生合成に関する詳細な分子メカニズムを明らかにした、学術的に極めて重要な成果である。本研究により、ミトコンドリアがタンパク質を膜へ埋め込む SAM 複合体が基質タンパク質を埋め込んだ後、Mdm10によって膜へリリースされるメカニズムが明らかとなったことで、ミトコンドリアのタンパク質がどのような過程で機能するに至るのかを、分子レベルで解明されたことになる。

研究成果

• [国際共同研究] フライブルク大学(ドイツ)
• [国際共同研究] フライブルク大学(ドイツ)
• [国際共同研究] フライブルク大学(ドイツ)
• [雑誌論文] Mitochondrial sorting and assembly machinery operates by β-barrel switching (2021)
  • 著者名/発表者名: Takeda H, Tsutsumi A, Nishizawa T, Lindau C, Busto JV, Wenz LS, Ellenrieder L, Imai K, Straub SP, Mossmann W, Qiu J, Yamamori Y, Tomii K, Suzuki J, Murata T, Ogasawara S, Nureki O, Becker T, Pfanner N, Wiedemann N, Kikkawa M, Endo T.
  • 雑誌名: Nature 巻: 590(7844) 号: 7844 ページ: 163-169
  • DOI: 10.1038/s41586-020-03113-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Cryo-EM structure of mitochondrial translocator SAM complex (2021)
  • 著者名/発表者名: 竹田弘法
  • 学会等名: 第19回日本タンパク質科学会年会
• [学会発表] ミトコンドリアタンパク質挿入装置の構造基盤 (2021)
  • 著者名/発表者名: 竹田弘法
  • 学会等名: 第21回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] ミトコンドリア外膜タンパク質挿入装置のクライオ構造 (2021)
  • 著者名/発表者名: 竹田弘法
  • 学会等名: 日本顕微鏡学会第77回学術講演会
• [学会発表] 生命科学の根幹に迫るミトコンドリアダイナミクスの世界 (2021)
  • 著者名/発表者名: 竹田弘法
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Cryo-EM structure of mitochondrial translacator SAM complex. (2019)
  • 著者名/発表者名: 竹田弘法
  • 学会等名: 日本蛋白質学会
• [学会発表] クライオ電子顕微鏡を用いたミトコンドリア外膜トランスロケーターSAM複合体の構造解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 竹田弘法
  • 学会等名: 日本分子生物学会
• [備考] ミトコンドリアにバレル(円筒)型膜タンパク質を組み込む仕組みを解明
  • URL: http://www.s.chiba-u.ac.jp/pr/files/20210107mitochondria2.pdf
• [備考] ミトコンドリアにバレル（円筒）型膜タンパク質を組み込む仕組みを解明
  • URL: https://www.kyoto-su.ac.jp/news/2021_ls/20210108_198_release.html