生物時計ナノ装置の原子レベルでの解明

• 研究課題/領域番号: 19037014
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 石浦 正寛 名古屋大学, 遺伝子実験施設, 教授 (20132730)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2008
• 研究課題ステータス: 完了 (2008年度)
• 配分額: 5,600千円 (直接経費: 5,600千円); 2008年度: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円); 2007年度: 2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
• キーワード: 生物時計 / 慨日リズム / 時計タンパク質 / ナノバイオ / ナノマシン / 自己リン酸化 / ATPase活性 / 概日リズム / DNA結合タンパク質

研究概要

藍色細菌の時計タンパク質KaiCを生化学的、遺伝学的に解析し、KaiCが極めて微弱なATPase活性を有することを発見した。KaiCはN末端ドメインとC末端ドメインの2つのドメインからなり、共に一セットのATPaseモチーフを持っているので、ATPase活性の存在が推測されていたが、あまりに活性が微弱なため、これまでその存在は証明することができなかった。今回、好熱性藍色細菌Thermosynechococcus elongatus由来のKaiCを極めて高度に精製することに成功し、KaiCの2つのドメインが共に極微弱なATPase活性を有すること明らかにした。この活性が大腸菌由来のATPaseの混入によるものでないことは、ATPaseモチーフにアミノ酸置換変異を導入したKaic変異体ではその活性が完全に消失することで確認した。極めて興味深いことにKaiC ATPase活性は反応温度を変えても変化しなかった(温度非感受性)。生物時計の周期(速度)は温度に依存せず温度補償されているので、時計のこの特性の少なくとも一部はATPase活性の温度非感受性(温度補償性)で説明できるのかも知れない。アミノ酸置換変異を導入してリン酸化サイトをつぶしたKaiC変異体では、この温度非感受性が失われた。

研究成果

• [雑誌論文] Identification and characterization of the Na^+/H^+ antiporter Nhas 3 from the thylakoid membrane of Synechocystissp. PCC 6803 (2009)
  • 著者名/発表者名: Tsunekawa K, Shijuku T, Hayashimoto M, Kojima Y, Onai K, Morishita M, Ishiura M, Kuroda T, Nakamura T, Kobayashi H, Sato M, Toyooka K, Matsuoka K, Omata T, Uozumi N.
  • 雑誌名: J Biol Chem. 284(In press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functionally important structural elements of the cyanobacterial clock-related protein Pex (2009)
  • 著者名/発表者名: Kurosawa S, Murakami R, Onai K, Morishita M, Hasegawa D, Iwase R, Uzumaki T, Hayashi F, Kitajima-Ihara T, Sakata S, Murakami M, Kouyama T. Ishiura M.
  • 雑誌名: Genes Cells 14 ページ: 1-16
  • 査読あり
• [雑誌論文] ATPase activity and its temperature compensation of the cyanobacterial clock protein KaiC (2008)
  • 著者名/発表者名: Murakami R, Miyake A, Iwase R, Hayashi F, Uzumaki T, Ishiura M.
  • 雑誌名: Genes Cells 13 ページ: 387-395
  • 査読あり
• [雑誌論文] A systematic forward genetic analysis reveals components of the Chlamydomonas cicradian system (2008)
  • 著者名/発表者名: Matsuo T, Okamoto K, Onai K, Niwa Y, Shimogawara K., Ishiura M.
  • 雑誌名: Gene Dev. 22 ページ: 918-930
  • 査読あり
• [雑誌論文] 真核生物における生物時計の新しい実験系 : クラミドモナス (2008)
  • 著者名/発表者名: 松尾拓哉、石浦正寛
  • 雑誌名: 蛋白質核酸酵素 53 ページ: 1873-1880
  • NAID: 40016306374
• [雑誌論文] A systematic forward genetic analysis identified components of the Chlamydomonas circadian system. (2008)
  • 著者名/発表者名: Matsuo, et. al.,
  • 雑誌名: Genes Dev. 22 ページ: 918-930
  • 査読あり
• [雑誌論文] ATPase activity and its temperature compensation of the cyanobacterial clock protein KaiC. (2008)
  • 著者名/発表者名: Murakami, et. al.,
  • 雑誌名: Genes to Cells 13 ページ: 387-395
  • 査読あり
• [雑誌論文] The circadian clock-related gene pex regulates a negative cis element in the kaiA promoter region. (2007)
  • 著者名/発表者名: Kutsuna, et. al.,
  • 雑誌名: J. Bacteriol. 189 ページ: 7690-7696
  • 査読あり
• [雑誌論文] A compact multi-channel apparatus for automated real-time monitoring of bioluminescence. (2007)
  • 著者名/発表者名: Okamoto, et. al.,
  • 雑誌名: J Biochem Biophys Methods 70 ページ: 535-553
  • 査読あり
• [学会発表] SDSL-ESR study of the cyanobacterial clock protein (2008)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Ishii
  • 学会等名: GCOE若いちからシンポジウム
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2008-03-05
• [学会発表] Systematic identification of circadian clock components in the Chlamydomonas reinhardtii. Invited talk (2008)
  • 著者名/発表者名: Matsuo T, Okamoto K, Onai K, Niwa Y. Shimoeawara K. Ishiura M.
  • 学会等名: The 13^<th> international Chlamydomonas conference
  • 発表場所: Hyeres-les-Palmiers, France
• [学会発表] 好熱性藍色細菌時計タンパク質KaiBの生化学機能解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 武藤梨沙
  • 学会等名: 第71回日本生化学会中部支部会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2007-05-19
• [学会発表] 生物時計ナノ装置の原子レベルでの解明、 (2007)
  • 著者名/発表者名: 石浦正寛
  • 学会等名: 特定領域研究「生体ナノシステム」班会議、
  • 発表場所: 千里ライフサイエンスセンター
• [学会発表] 時計タンパク質KaiCのATPase活性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 村上 怜子
  • 学会等名: 日本生物物理学会第45回年会
  • 発表場所: 横浜
• [学会発表] シアノバクテリア時計タンパク質KaiBのESR解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 武藤梨沙
  • 学会等名: 日本生物物理学会第45回年会
  • 発表場所: 横浜
• [学会発表] Biochemical and structural analysis of the cyanobacterial clock-related protein SasA (2007)
  • 著者名/発表者名: Jonathan VALENCIA SWAIN
  • 学会等名: 日本生物物理学会第45回年会
  • 発表場所: 横浜
• [学会発表] SDSL-ESR study of the cyanobacterial clock protein (2007)
  • 著者名/発表者名: Kentaro Ishii
  • 学会等名: 日本生物物理学会第45回年会
  • 発表場所: 横浜
• [備考]
  • URL: http://www.gene.nagoya-u.acjp/~ishiura-g/index.html
• [備考]
  • URL: http://www.gene.nagoya-u.ac.jp/index-j.html
• [産業財産権] 制御プログラム及び培養装置 (2008)
  • 発明者名: 石浦正寛、岡本和久
  • 権利者名: 名古屋大学総長
  • 取得年月日: 2008-05-30
• [産業財産権] Apparatus for monitoring bioluminescence of biological samples (2008)
  • 発明者名: Ishiura M, Okamoto K, Onai K, Furusawa T
  • 権利者名: 名古屋大学総長
  • 取得年月日: 2008-05-30
  • 外国