| 研究課題/領域番号 |
21K06109
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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43040:生物物理学関連
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
金井 隆太 東京大学, 定量生命科学研究所, 特任講師 (50598472)
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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: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021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 | イオンポンプ / 膜蛋白質 / X線結晶構造解析 / クライオ電顕 / Na+,K+-ATPase / 能動輸送 / K+選択性 / クライオ電顕単粒子解析 / 電子顕微鏡単粒子解析 / イオン選択性 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
Na+,K+-ATPaseのK+選択的結合機構の解明を目指して、K+結合過程の中間体構造を決定する。この過程ではK+結合とともに細胞外側ゲートが閉じること、脱燐酸化反応の開始の2つのイベントが連動している。10年以上前にK+結合状態の1つ(E2.Pi.2K+状態)の結晶構造が明らかになっているが、その後、K+結合に関するNa+,K+-ATPaseの構造解析はほとんどなく、その仕組みはよく分かっていない。そこで、本課題では2個のK+が結合する過程をX線結晶構造解析、電子顕微鏡による単粒子解析によって明らかにし、K+選択的結合とそれらのイベントがどのようにカップリングしているのかを解明する。
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| 研究成果の概要 |
Na+ポンプ(Na+,K+-ATPase)はATP 1分子当たり3個のNa+を細胞外へ、2個のK+を細胞内へ濃度勾配に逆らって輸送するイオンポンプである。本研究はそのK+輸送機構、すなわちNa+ポンプは2個のK+をどのように選択的に結合するとともに脱燐酸化を引き起こし、細胞外ゲートを閉じるのか、また細胞内ゲートを開き、細胞内へ排出するのか、を原子レベルで解明することを目的としている。そこで、その過程における中間状態の結晶構造解析およびクライオ電顕解析を行ったところ、ほぼ全ての中間状態の立体構造を決定することができた。その結果、K+輸送の仕組みを詳細に理解することができた。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究はあらゆる動物細胞の物質輸送や神経の活動電位、浸透圧調節など様々な生命活動を支えているNa+ポンプ(Na+,K+-ATPase)の働きを原子レベルで明らかにすることを目的としている。今回の研究では、Na+ポンプはどのようにしてK+を細胞外から細胞内へ輸送しているのかを詳細に理解することができた。K+を輸送する過程は薬剤標的とされている一方、天然毒物の標的にもなっている。本研究は更なる薬剤の改良や天然毒物に対する新規薬剤開発を可能にするものである。
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