| 研究課題/領域番号 |
19K06530
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分43020:構造生物化学関連
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| 研究機関 | 立命館大学 |
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研究代表者 |
北原 亮 立命館大学, 薬学部, 教授 (70512284)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2019年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 概日時計 / シアノバクテリア / 高圧 / ATPase / 圧力 / ATPase活性 / NMR / 概日周期 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
概日周期は、細胞や個体で見られ、細胞分裂、行動や睡眠など重要な生命活動を制御している。本研究では、シアノバクテリアおよびヒトの概日時計の圧力応答について研究し、概日周期（システム、個体）と周期長を制御する酵素活性（分子）に圧力補償性（耐性）があるのかを解明する。幅広い圧力・温度範囲での周期長、酵素活性の測定を行い、周期長-酵素活性相関を検証する。また、耐圧製の発光観測装置を作製し、シアノバクテリア個体内（in vivo）での周期長観測を行う。細胞の概日周期を圧力や温度により制御できれば、新しい科学技術の創出につながる
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| 研究成果の概要 |
シアノバクテリアの概日時計はKaiA, KaiB, KaiCと呼ばれる3種類のタンパク質によって構成されている。概日時計は温度によって周期長が変化しない性質(温度補償性)を持つことが知られているが、圧力やpH、有機小分子に対する応答については知られていない。我々は、1気圧下で22時間である周期長が200気圧下14時間、400気圧で11時間まで短縮すること、ATPase活性が加圧によって上昇したことが要因と解明した。また、ATPase活性は、遷移状態で体積が収縮することを見出した。周期長変異体KaiC-R393C、F470Yの圧力応答も観測し、周期長やATPaseの活性化体積の違いを解明した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
ヒトを含めた地球上の生物は地球の自転に同調した生物リズムを有する。本研究では、最も構造生物学的研究が進んでいるシアノバクテリアの概日時計をモデルとして、その圧力効果を調べた。概日時計は３つのタンパク質KaiA, KaiB, KaiCとATPからなり、KaiCのリン酸化脱リン酸化のサイクルが約24時間の周期を示す。加圧により周期長が短縮すること、短縮はKaiCの有するATP加水分解活性(ATPase活性）の上昇と相関があることを見出した。活性化体積が負であること、つまり反応の遷移状態で体積が収縮することを示す。深海（高圧）など極限環境での生命現象の理解やその環境適応についての知見となる。
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