| 研究課題/領域番号 |
22K14837
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分38040:生物有機化学関連
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
桝谷 貴洋 京都大学, 農学研究科, 助教 (80803775)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 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 |
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2023年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2022年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
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| キーワード | 呼吸鎖酵素 / ユビキノン / Cryo-EM / コレラ菌 / ケミカルバイオロジー / 呼吸鎖 / NADH-キノン酸化還元酵素 / ナトリウム輸送 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
Na+輸送型NADH-キノン酸化還元酵素（Na+-NQR）は、基質の酸化還元と共役してNa+の能動輸送を行う膜タンパク質複合体である。2014年にコレラ菌Na+-NQRのX線結晶構造が報告されたが、酸化還元を担うコファクター間の距離が異常に長く、分子レベルでの反応メカニズム、特に、基質の酸化還元とNa+輸送の共役メカニズムについてはほとんど未解明のままである。本研究では、生合理的にデザインした構造系統的な合成キノン類縁体を用いて、Na+輸送に要求される側鎖構造因子を明らかにするとともに、cryo-電子顕微鏡により得る構造情報と併せてキノン還元とNa+輸送の共役メカニズムの解明を目指す。
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| 研究実績の概要 |
ナトリウムイオン輸送型NADH-キノン酸化還元酵素（NQR）は、基質の酸化還元と共役してナトリウムイオンの能動輸送を行う膜タンパク質複合体である。NQRはコレラ菌（Vibrio cholerae）などの多くの病原性細菌の生育に必須であり、機能の類似した哺乳類ミトコンドリアのプロトン輸送型NADH-キノン酸化還元酵素（呼吸鎖複合体-I）とは構造的にも進化的にも異なるため、病原性細菌に対する有望な創薬標的として注目されている。本研究では、NQRによる基質の酸化還元とナトリウムイオン輸送の共役メカニズムを調べるため、様々な側鎖構造を有するキノン類を合成し、活性を評価した。活性評価にはコレラ菌由来NQRを再構成したプロテオリポソームを用い、キノン類ごとの還元活性と膜電位形成を測定した。その結果、炭素鎖が３つよりも短い側鎖を有するキノン類では還元は観察されるにも関わらず、ナトリウムイオンが輸送されないことがわかった。この知見は、キノンの側鎖構造がナトリウムイオン輸送に決定的な役割を担っていることを意味するものであった。
また、基質の酸化還元とナトリウムイオン輸送の共役メカニズムを明らかにするために、NQRの構造をcryo-EMを用いた単粒子解析法による構造解析を実施した。その結果、3.1Å分解能で構造を決定した。さらに、コロルミシンAやオーラシンD42というNQRの強力な阻害剤が結合したNQR構造もそれぞれ2.9Å、3.0Å分解能で決定した。
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