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2種類の細菌アクチンMreBが織りなす新奇運動能の駆動機構解明

研究課題

研究課題/領域番号 22KJ2613
補助金の研究課題番号 22J10345 (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43040:生物物理学関連
研究機関大阪公立大学

研究代表者

高橋 大地  大阪公立大学, 大学院理学研究科, 特別研究員(PD)

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)
キーワード細菌細胞骨格 / 細菌アクチン / ATPase / 重合ダイナミクス / 透過型電子顕微鏡 / 生体膜 / 細胞運動 / 分子モーター / 細胞骨格 / 構造解析 / 生化学
研究開始時の研究の概要

動植物への寄生細菌の一種であるスピロプラズマは、細菌で一般的な運動器官のべん毛や線毛を持たないながら、自身のらせん状の細胞を駆使して液体中を泳ぐ運動を行う。この運動は、アクチンというタンパク質と同族のMreBというタンパク質2種類が集合してできた繊維構造により駆動される。
本研究では、それらMreBタンパク質の性質を生化学及び構造生物学的な観点から解明することで、スピロプラズマ運動駆動の分子基盤の解明を目指す。

研究実績の概要

細菌アクチンMreBは多くの細菌に保存されており、通常は細胞壁合成装置の足場となって細胞の形態形成に関わる。細胞壁を持たないらせん菌スピロプラズマは、5種類持つMreB(MreB1-5)を利用して、細胞のらせんを交互に入れ替えながら遊泳運動を行う。これは、内因性の細菌アクチンを用いる唯一の生体運動機構である。所属研究室での研究によって、MreB5と、互いに系統的に近いMreB1とMreB4の組み合わせがスピロプラズマ遊泳運動に必須であることが示された。MreB5においては、令和4年度を含めた研究によって、その活性や構造が明らかにされてきた。しかし、MreB1とMreB4は可溶性のコンストラクトが存在せず、その実態は明らかではなかった。
令和4年度において、MreB1にPrSという可溶化タグを融合させることでMreB1を可溶化することに成功した。令和5年度はPrSを融合させたMreB1を用いてその活性とMreB5への影響を調べた。MreB1はATPase活性と、ATP加水分解前後での繊維の不安定化の度合いが報告されている全てのMreBよりも高いことが明らかになった。これはMreB1がいずれのMreBよりも繊維中のサブユニットの交換が速いことを示唆している。超遠心による共沈実験により、MreB1はモノマーではなく重合したMreB5に結合することが分かった。様々なヌクレオチド状態における共沈実験により、MreB1はADPまたは加水分解されないATPのアナログであるAMPPNPによって重合したMreB5を不安定化させることが分かった。MreB1はスピロプラズマの細胞膜に多く存在する負電荷の脂質に結合した。
以上の結果より、MreB1はその高い活性によって、膜直下でMreB5繊維に力を加えて運動を駆動する分子モーターである可能性が示唆された。

報告書

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

    (13件)

すべて 2024 2023 2022

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Assembly properties of bacterial actin MreB involved in Spiroplasma swimming motility2023

    • 著者名/発表者名
      Daichi Takahashi, Makoto Miyata, Ikuko Fujiwara
    • 雑誌名

      J Biol Chem

      巻: 104793 号: 6 ページ: 104793-104793

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2023.104793

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Assembly properties of<i>Spiroplasma</i>MreB involved in swimming motility2023

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Daichi、Miyata Makoto、Fujiwara Ikuko
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: -

    • DOI

      10.1101/2023.01.26.525654

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Purification and ATPase Activity Measurement of Spiroplasma MreB2023

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Daichi、Fujiwara Ikuko、Miyata Makoto
    • 雑誌名

      Methods in Molecular Biology

      巻: - ページ: 359-371

    • DOI

      10.1007/978-1-0716-3060-0_30

    • ISBN
      9781071630594, 9781071630600
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Sequence analyses of a lipoprotein conserved with bacterial actins responsible for swimming motility of wall-less helical Spiroplasma2023

    • 著者名/発表者名
      Takahashi Daichi、Miyata Makoto
    • 雑誌名

      microPublication Biology

      巻: -

    • 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
  • [雑誌論文] ATP-dependent polymerisation dynamics of bacterial actin proteins involved in Spiroplasma swimming2022

    • 著者名/発表者名
      Takahashi D, Fujiwara I, Sasajima Y, Narita A, Imada K and Miyata M
    • 雑誌名

      Open Biology

      巻: 26 号: 10 ページ: 220083-220083

    • DOI

      10.1098/rsob.220083

    • 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
  • [学会発表] スピロプラズマ遊泳の力発生装置を構成する2つの細菌アクチンのクロストーク2024

    • 著者名/発表者名
      高橋大地、宮田真人、藤原郁子
    • 学会等名
      生体運動班会議2024
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Assembly properties of bacterial actin MreB5 essential for Spiroplasma Swimming2023

    • 著者名/発表者名
      Daichi Takahashi, Ikuko Fujiwara, Makoto Miyata
    • 学会等名
      24th Congress of the International Organization for Mycoplasmology
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] スピロプラズマの遊泳装置を構成する細菌アクチンMreB1の精製と機能解析2023

    • 著者名/発表者名
      高橋大地、藤原郁子、宮田真人
    • 学会等名
      第61回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 細菌アクチンMreBの繊維構造多型2023

    • 著者名/発表者名
      高橋大地、藤原郁子、成田哲博、宮田真人
    • 学会等名
      2023年生体運動班会議
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] スピロプラズマが持つ細菌アクチンMreB3のATPase活性の構造基盤2022

    • 著者名/発表者名
      高橋大地、藤原郁子、今田勝巳、宮田真人
    • 学会等名
      第49回日本マイコプラズマ学会学術集会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 細菌アクチンMreBの繊維構造多型2022

    • 著者名/発表者名
      高橋大地、藤原郁子、宮田真人
    • 学会等名
      第22回日本蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 細菌アクチンMreBの繊維構造多型2022

    • 著者名/発表者名
      高橋大地、藤原郁子、成田哲博、宮田真人
    • 学会等名
      第60回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 細菌アクチンMreBのATP加水分解機構2022

    • 著者名/発表者名
      高橋大地、藤原郁子、今田勝巳、宮田真人
    • 学会等名
      第45回日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-04-28   更新日: 2024-12-25  

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