| 研究課題/領域番号 |
21K06036
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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 | 北里大学 |
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研究代表者 |
松井 崇 北里大学, 理学部, 講師 (30463582)
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| 研究分担者 |
横山 武司 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (20719447)
渡辺 豪 北里大学, 未来工学部, 教授 (80547076)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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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 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | X線結晶構造解析 / 透過型電子顕微鏡 / 構造プロテオミクス / 機械学習 / 分子動力学計算 / FtsZ / CryoEM / 質量分析計 / クライオ電子顕微鏡 / 細胞分裂 / 構造生物学 / 計算物理学 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
真正細菌は、Z-ringと呼ばれるリングに沿って細胞が分裂することで増殖する。このZ-ringは主にFtsZと呼ばれるタンパク質が数珠状に自己重合することで形成され、この重合体の構造が変化することで細胞分裂が進む。この重合体の構造変化は、重合体を形成する個々のFtsZ分子の構造変化によって生じると考えられているが、このFtsZ分子の構造変化が観測されているのは黄色ブドウ球菌のみであり、すべての細菌で同様な構造変化が生じているかは不明である。そこで、本研究では計算物理学と構造生物学により、種々の細菌由来のFtsZの繊維化機構が菌株横断的に統一的な機構を有するか明らかにする。
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| 研究成果の概要 |
真正細菌に保存されたタンパク質であるFtsZは、結合する核酸をGDPからGTPへ変えることで自己重合して繊維構造を形成することで細胞分裂に関与する。
本研究ではX線結晶構造解析、分子動力学計算 (MD計算)、クライオ電子顕微鏡、質量分析計などの物理化学的・計算科学的手法を用いて、FtsZ分子の核酸結合や構造状態の違いによる分子安定性の変化や構造変化機構の解明を目指した。
その結果、FtsZの構造変化や構造安定性が菌株によって異なる可能性を明らかにした。また、この構造安定性には菌株間のヒンジ領域のアミノ酸の違いや、2つのサブドメイン間の相互作用の違いによって生じる可能性を示すことに成功した。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究では、細菌感染症の新規ターゲット候補であるFtsZを対象に、FtsZの構造変化や安定性が細菌ごとに異なる可能性を示唆したものである。構造変化や安定性の発現機構の違いを原子分解能でより詳細に明らかにすることができれば、温度などの生育環境の異なる細菌でFtsZがなぜ同じように機能するのかという物理化学的な理解が可能となる。さらに、菌株間の分子運動性の違いを活用した、特定の細菌選択的な抗菌分子の設計に寄与するなど、社会問題である細菌感染症に対する応用研究へと進展することが期待できる。
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