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化学修飾によるコレラ菌Na+輸送型NADH-キノン酸化還元酵素の構造と機能の解明

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ1795
補助金の研究課題番号 22J10185 (2022)
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分基金 (2023)
補助金 (2022)
応募区分国内
審査区分 小区分38040:生物有機化学関連
研究機関京都大学

研究代表者

石川 萌  京都大学, 農学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2023-03-08 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
1,700千円 (直接経費: 1,700千円)
2023年度: 800千円 (直接経費: 800千円)
2022年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード生体エネルギー / ナトリウム輸送 / 電子伝達 / 阻害剤 / キノン / クライオ電子顕微鏡 / NQR / 酸化還元酵素
研究開始時の研究の概要

NQRは基質の酸化還元と共役したNa+の能動輸送を行う膜タンパク質複合体である。本酵素は多くの病原性細菌の生育に必須であり、哺乳類ミトコンドリア複合体Ⅰとは構造的にも進化的にも異なるNADH脱水素酵素であるため、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。NQRは酵素反応中に大きな構造変化を伴うと予想されているものの実証されておらず、詳細な反応機構も不明なままである。そこで本研究では①化学修飾法を用いた動的構造解析および②クライオ電子顕微鏡を用いた精密構造解析および③UQに注目した共役メカニズムの解明といった3つのアプローチから、本酵素の詳細な反応モデルを構築することを目指す。

研究実績の概要

年次計画に基づき、病原性細菌のエネルギー生産を担っている重要酵素ナトリウム輸送性NADH-ユビキノン酸化還元酵素(以下NQR)の機能と構造を解明することを最終目標に定めて研究を行なった。
前年度に阻害剤結合型を含むNQRの3つ精密立体構造を報告したものの、依然として詳細な阻害剤作用機構や酵素反応機構は未解明のままである。そこで、酵素反応中間体を取得して各種反応機構を明らかにすべく、大阪大学の岸川博士とクライオ電子顕微鏡を用いた共同研究を行なった。未発表のデータであるため詳細は伏せるものの、酵素反応を中間体の取得に成功し、酵素反応過程における構造変化について重要な知見を得ることにことに成功した。この研究過程で得られた解析のノウハウについては、タンパク質科学会のワークショップでも発表の機会をいただきことができた。また、前年度に発表済みの成果に関してアメリカのニューハンプシャー州で行われたゴードン会議(生体エネルギー)の招待講演にて発表の機会をいただくことができた。
さらに、前年度に発表した基質UQ構造のNQRのナトリウム輸送と電子伝達の共役機構においる重要性についての研究も引き続き行った。本実験ではUQに機能性の構造を組み込んだプローブを用いてUQとNQRの相互作用や酵素反応機構に与える影響について解析を行った。加えてUQのNQRに対する結合位置を立体的に評価するべく構造解析も行い総合的にUQの機能について評価を試みた。

報告書

(2件)
  • 2023 実績報告書
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (15件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 2件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [国際共同研究] レンセラー工科大学(米国)

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [国際共同研究] レンセラー工科大学(米国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] The side chain of ubiquinone plays a critical role in Na+ translocation by the NADH-ubiquinone oxidoreductase (Na+-NQR) from Vibrio cholera2022

    • 著者名/発表者名
      Moe Ishikawa, Tkahiro Msuya, Seina Kuroda, Shinpei Uno, Nicole Butler, Sara Foreman, Masatoshi Murai, Blanca Barquera, and Hideto Miyoshi
    • 雑誌名

      Biochim. Biophy. Acta (Bioenergetics)

      巻: 未定 号: 5 ページ: 148547-148547

    • DOI

      10.1016/j.bbabio.2022.148547

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Cryo-EM structures of Na+-pumping NADH-ubiquinone oxidoreductase from Vibrio cholerae2022

    • 著者名/発表者名
      Kishikawa Jun-ichi、Ishikawa Moe、Masuya Takahiro、Murai Masatoshi、Kitazumi Yuki、Butler Nicole L.、Kato Takayuki、Barquera Blanca、Miyoshi Hideto
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 13 号: 1 ページ: 4082-4082

    • DOI

      10.1038/s41467-022-31718-1

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] コレラ菌Na+輸送性NADH-キノン酸化還元酵素に対する阻害剤の作用機構の解明2024

    • 著者名/発表者名
      石川 萌、岸川 淳一、桝谷 貴洋 、村井 正俊 、加藤 貴之、 Barquera Blanca、三芳 秀人
    • 学会等名
      農芸化学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Cryo-EM structures of Na+-pumping NADH-ubiquinone oxidoreductase from Vibrio cholerae2023

    • 著者名/発表者名
      石川萌,岸川淳一,桝谷貴洋, 村井正俊,北隅優希, Nicole L. Butler,加藤貴之, Blanca Barquera,三芳秀人
    • 学会等名
      ゴードン会議(生体エネルギー)
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Cryo-EM解析を用いてコレラ菌Na+輸送性NADH-ユビキノン酸化還元酵素の構造変化を捉える2023

    • 著者名/発表者名
      石川萌,岸川淳一,桝谷貴洋, 村井正俊, Nicole L. Butler,加藤貴之, Blanca Barquera,三芳秀人
    • 学会等名
      日本蛋白質科学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Cryo-EMとケミカルツールを用いたコレラ菌Na+輸送性NADH-ユビキノン酸化還元酵素の阻害剤作用機構の解明2023

    • 著者名/発表者名
      石川萌,岸川淳一,桝谷貴洋, 村井正俊, 北隅優希、Nicole L. Butler,加藤貴之, Blanca Barquera,三芳秀人
    • 学会等名
      日本蛋白質科学会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] コレラ菌Na+輸送性NADH-キノン酸化還元酵素の阻害剤作用機構の解明2023

    • 著者名/発表者名
      石川萌、岸川淳一、桝谷貴洋、村井正俊、加藤貴之、Blanca Barquera、三芳秀人
    • 学会等名
      日本生体エネルギー研究会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] コレラ菌Na+輸送性NADH-ユビキノン酸化還元酵素におけるユビキノン側鎖の結合部位の同定2023

    • 著者名/発表者名
      石川 萌,桝谷 貴洋, 村井 正俊, Nicole L. Butler, Blanca Barquera,三芳 秀人
    • 学会等名
      日本農薬学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] クライオ電子顕微鏡を用いたコレラ菌Na+輸送性NADH-ユビキノン酸化還元酵素の構造解明2023

    • 著者名/発表者名
      石川 萌,岸川 淳一,桝谷 貴洋, 村井 正俊,北隅 優希, Nicole L. Butler,加藤 貴之, Blanca Barquera,三芳 秀人
    • 学会等名
      日本農芸化学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] クライオ電子顕微鏡を用いたコレラ菌Na+輸送性NADH-ユビキノン酸化還元酵素の構造解明2022

    • 著者名/発表者名
      石川 萌,岸川 淳一,桝谷 貴洋, 村井 正俊,北隅 優希, Nicole L. Butler,加藤 貴之, Blanca Barquera,三芳 秀人
    • 学会等名
      生物物理学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] コレラ菌Na+輸送性NADH-キノン酸化還元酵素に対する阻害剤の作用機構2022

    • 著者名/発表者名
      石川 萌,岸川 淳一,桝谷 貴洋, 村井 正俊,北隅 優希, Nicole L. Butler,加藤 貴之, Blanca Barquera,三芳 秀人
    • 学会等名
      農薬デザイン研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] コレラ菌Na+輸送性NADH-ユビキノン酸化還元酵素におけるユビキノン側鎖の結合部位の同定2022

    • 著者名/発表者名
      石川 萌,桝谷 貴洋, 村井 正俊, Nicole L. Butler, Blanca Barquera,三芳 秀人
    • 学会等名
      生体エネルギー研究会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [備考] コレラ菌の生存に必須である呼吸鎖酵素の構造を解明―病原性細菌に対する新しい抗菌剤の開発研究へ貢献―

    • URL

      https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2022-07-27

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2022-04-28   更新日: 2024-12-25  

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