| 研究課題/領域番号 |
20H03231
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分43040:生物物理学関連
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| 研究機関 | 京都産業大学 |
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研究代表者 |
横山 謙 京都産業大学, 生命科学部, 教授 (70271377)
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| 研究分担者 |
光岡 薫 大阪大学, 超高圧電子顕微鏡センター, 教授 (60301230)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2022年度: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円)
2021年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
2020年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円)
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| キーワード | ATP / V-ATPase / ATP synthase / molecular motor / CryoEM / bioenergetics / structure biology / 回転分子モーター / クライオ電子顕微鏡 / 単粒子解析 / ATP合成酵素 / 生体エネルギー変換 / ATP 合成酵素 / 構造解析 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
V型ATPase (V-ATPase) は、膜横断的なプロトン移動と、ATPの合成もしくは分解をエネルギー共役させる回転分子モータータンパク質である。クライオ EM による単粒子解析は、結晶化条件に拘束されることなく、そのため V-ATPase が働いている様々な溶液条件での構造を得ることを可能とする。さらに構造のクラス分けにより、同じ溶液条件で取りうる複数構造を決定することもできる。飽和ATP濃度条件、加水分解が遅くなる条件、ATP 濃度を低くした ATP 結合待ち条件での構造を明らかにし、触媒サイクルと構造変化の対応付けをすることで、回転触媒機構による ATP合成反応の全容を明らかにする。
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| 研究成果の概要 |
生命には回転することで働く回転分子モータータンパク質が存在する。生命のエネルギー通貨である ATP（アデノシン三リン酸）の生産や、イオンの輸送を通して細胞の恒常性を支える重要な膜タンパク質である。
我々は、回転分子モータータンパク質である V/A-ATPaseが回転する様子を、クライオ電子顕微鏡により撮影（スナップショット）し、スナップショットをつなぎ合わせることで、V/A-ATPaseの回転を再現し、ATPを燃料として回転する仕組みを明らかにした。今まで提唱されてきたモデルをバージョンアップし、自然が作り出した驚異的な分子機械の仕組みを知ることができた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究により、ATPで駆動する分子モータータンパク質の仕組みに関する重要な知見を得ることができた。また、ユニサイト触媒の分子基盤、定常状態へと移行する過程を解明することができた。このナノサイズで機能する分子機械の仕組みを理解することで、将来のナノマシーンの駆動部に応用できる人工分子モータータンパク質設計への応用が期待される。
同じ方法で、他のタンパク質の仕組みを解明することが可能であり、今回の研究は、新しいタンパク質研究の世界を切り開く先駆けになる。
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