膜タンパク質の膜組み込み過程の解明

• 研究課題/領域番号: 24687016
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 一部基金
• 研究分野: 機能生物化学
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学 (2013); 東京大学 (2012)
• 研究代表者: 塚崎 智也 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 准教授 (80436716)
• 研究協力者: 濡木 理 東京大学, 大学院理学系研究科, 教授 (10272460) ; 熊崎 薫 東京大学, 大学院理学系研究科, 大学院生 ; 千葉 志信 京都産業大学, 総合生命科学部, 准教授 (20523517)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 27,950千円 (直接経費: 21,500千円、間接経費: 6,450千円); 2013年度: 11,310千円 (直接経費: 8,700千円、間接経費: 2,610千円); 2012年度: 16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円)
• キーワード: タンパク質 / トランスロコン / 膜組み込み / 膜透過 / YidC / Sec / 膜タンパク質 / 構造生物学 / 蛋白質 / 膜蛋白質 / 構造解析 / 膜組込み / 機能発現 / 機能解析

研究概要

細胞におけるタンパク質の膜組み込み過程は，すべての生物に共通した必須の機構である。本研究では膜タンパク質の機能発現システムを詳細に理解する為に，真正細菌のタンパク質の膜組み込みに関わる膜タンパク質YidC(内膜の膜組み込みに関与)の構造を2.4オングストローム分解能で決定し，構造情報に基づく機能解析を進めた。最終的に，YidCは電気的な相互作用で基質タンパク質を一旦親水的な凹みにキャプチャーした後，膜へと組み込む新しいモデルを提唱した。

研究成果

• [雑誌論文] Structural basis for Sec-independent membrane protein insertion by YidC. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kumazaki, K., Chiba, S., Takemoto, M., Furukawa, A., Nishiyama, K., Sugano, Y., Mori, T., Dohmae, N., Hirata, K., Nakada-Nakura, Y., Maturana, A.D., Tanaka, Y., Mori, H., Sugita, Y., Arisaka, F., Ito K., Ishitani, R., Tsukazaki, T. and Nureki, O.
  • 雑誌名: Nature 巻: 509 号: 7501 ページ: 516-520
  • DOI: 10.1038/nature13167
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] conformational variation of the translocon enhancing chaperone SecDF. (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Mio (他９名)
  • 雑誌名: journal of Structural and Functional Genomics 巻: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis for Sec-independent membrane protein insertion by YidC (2014)
  • 著者名/発表者名: Kaoru Kumazaki (他18名)
  • 雑誌名: Nature 巻: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis for the drug extrusion mechanism by a MATE multidrug transporter (2013)
  • 著者名/発表者名: Y・ Tanaka, C・J・ Hipolito, A・D・ Maturana, K・ Ito, T・ Kuroda, T・ Higuchi, T・ Katoh, H・E・ Kato, M・ Hattori, K・ Kumazaki, T・ Tsukazaki, R・ Ishitani, H・ Suga, O・ Nureki
  • 雑誌名: Nature 巻: 496 号: 7444 ページ: 247-51
  • DOI: 10.1038/nature12014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis for dynamic mechanism of proton-coupled symport by the peptide transporter POT. (2013)
  • 著者名/発表者名: Doki, S., Kato, H. E., Solcan, N., Iwaki, M., Koyama, M., Iwase, N., Tsukazaki, T., Sugita, Y., Kandori, H., Newstead, S., Ishitani, R., and Nureki, O.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States 巻: 110 号: 28 ページ: 11343-11348
  • DOI: 10.1073/pnas.1301079110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structure of the channelrhodopsin light-gated cation channel (2012)
  • 著者名/発表者名: Hideaki E.Kato, Feng Zhang, Ofer Yizhar, Charu Ramakrishnan, Tomohiro Nishizawa, Kunio Hirata, Jumpei Ito, Yusuke Aita, Tomoya Tsukazaki, Shigehiko Hayashi, Peter Hegemann, Andres D.Maturana, Ryuichiro Ishitani, Karl Deisseroth, Osamu Nureki
  • 雑誌名: Nature 巻: 482 号: 7385 ページ: 369-374
  • DOI: 10.1038/nature10870
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conformational variation of the translocon enhancing chaperone SecDF
  • 著者名/発表者名: Mio K, Tsukazaki T, Mori H, Kawata M, Moriya T, Sasaki Y, Ishitani R, Ito K, Nureki O and Sato C
  • 雑誌名: J. Struct. Funct. Genomics 巻: (in press)
  • NAID: 120005716853
• [学会発表] rSec蛋白質によらない1回膜貫通型膜蛋白質の膜組み込み (2014)
  • 著者名/発表者名: 塚崎智也
  • 学会等名: 遺伝研研究会:単細胞システムの細胞構築・運動・増殖機構の研究
  • 発表場所: 国立遺伝学研究所(三島市)
• [学会発表] r Site-directed in vivo photo-cross-linking analysis for identification of interaction sites in E.coli YidC (2014)
  • 著者名/発表者名: Furukawa A, Kumazaki K, Mori H, Nureki O and Tsukazaki T
  • 学会等名: Gordon Research Conference : Protein Transport Across Cell Membranes
  • 発表場所: ホテルガルベス(アメリカ合衆国ガルベストン)
• [学会発表] rCrystal structure of YidC and a mechanism of membrane protein insertion (2014)
  • 著者名/発表者名: Kumazaki K, Chiba S, Takemoto M, Furukawa A, Sugano Y, Mori T, Tanaka Y, Sugita Y, Ito K, Ishitani R, Tsukazaki T and Nureki O
  • 学会等名: Gordon Research Conference : Protein Transport Across Cell Membranes
  • 発表場所: ホテルガルベス(アメリカ合衆国ガルベストン)
• [学会発表] rSec膜タンパク質複合体の結晶構造解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 塚崎智也
  • 学会等名: SPRUC拡大研究会・SPring-8利用ワークショップーSPring-8とユーザーのさらなる連携を目指してー
  • 発表場所: SPring-8(兵庫県佐用町)
• [学会発表] Sec 膜タンパク質複合体の結晶構造解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 塚崎智也
  • 学会等名: SPRUC拡大研究会・SPring-8利用ワークショップ－SPring-8とユーザーのさらなる連携を目指して－
  • 発表場所: SPring-8(兵庫県佐用町)
  • 招待講演
• [学会発表] Sec蛋白質によらない１回膜貫通型膜蛋白質の膜組み込み (2014)
  • 著者名/発表者名: 塚崎智也
  • 学会等名: 遺伝研研究会「単細胞システムの細胞構築・運動・増殖機構の研究」
  • 発表場所: 国立遺伝学研究所（三島市）
  • 招待講演
• [学会発表] Crystal structure of YidC and a mechanism of membrane protein insertion (2014)
  • 著者名/発表者名: Kaoru Kumazaki (他11名)
  • 学会等名: Gordon Research Conference 2014, Protein Transport Across Cell Membranes
  • 発表場所: ホテルガルベス(アメリカ合衆国ガルベストン)
  • 招待講演
• [学会発表] Site-directed in vivo photo-cross-linking analysis for identification of interaction sites in E.coli YidC (2014)
  • 著者名/発表者名: Arata Furukawa (他４名)
  • 学会等名: Gordon Research Conference 2014, Protein Transport Across Cell Membranes
  • 発表場所: ホテルガルベス(アメリカ合衆国ガルベストン)
• [学会発表] rタンパク質膜透過装置Secトランスロコンの構造生物学 (2013)
  • 著者名/発表者名: 塚崎智也
  • 学会等名: 第7回構造生物学に関する先端技術講演会
  • 発表場所: 九州大学(福岡市)
  • 年月日: 2013-09-04
• [学会発表] rタンパク質膜透過装置Secトランスロコンの構造生物学 (2013)
  • 著者名/発表者名: 塚崎智也
  • 学会等名: 理工研究域公開セミナー
  • 発表場所: 金沢大学(金沢市)
  • 年月日: 2013-02-20
• [学会発表] rタンパク質膜透過装置Secトランスロコンの構造生物学 (2013)
  • 著者名/発表者名: 塚崎智也
  • 学会等名: バイオサイエンス研究科セミナー
  • 発表場所: 奈良先端科学技術大学院大学(生駒市)
  • 年月日: 2013-02-13
• [学会発表] rInteraction analysis of periplasmic domain of E.coli YidC by site directed in vivo photo-cross-linking (2013)
  • 著者名/発表者名: 古川新,熊崎薫,濡木理,塚崎智也
  • 学会等名: 第36回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸ポートピア(神戸市)
• [学会発表] rタンパク質膜透過促進因子SecDFの構造と機能 (2013)
  • 著者名/発表者名: 森博幸,三登一八,町田裕紀子,塚崎智也,伊藤維昭,秋山芳展
  • 学会等名: 第51回生物物理学会年会
  • 発表場所: 京都国際会館(京都市)
• [学会発表] r蛋白質の膜透過を駆動する膜蛋白質SecDFの構造と機能 (2013)
  • 著者名/発表者名: 塚崎智也
  • 学会等名: 分子モーター討論会
  • 発表場所: 東京大学(東京都文京区)
• [学会発表] rLCP crystallization and preliminary X-ray crystallographic analysis of SecYEG translocon (2013)
  • 著者名/発表者名: Takemoto M, Kusakizako T, Kumazaki K, Tsukazaki T, Ishitani R and Nureki O
  • 学会等名: Nagoya Symposium : Frontiers in Structural Physiology
  • 発表場所: 名古屋大学(名古屋市)
• [学会発表] 蛋白質の膜透過を駆動する膜蛋白質SecDFの構造と機能 (2013)
  • 著者名/発表者名: 塚崎智也
  • 学会等名: 分子モーター討論会(2013)
  • 発表場所: 東京大学(東京都文京区)
  • 招待講演
• [学会発表] タンパク質膜透過促進因子SecDFの構造と機能 (2013)
  • 著者名/発表者名: 森博幸(他５名)
  • 学会等名: 第５１回生物物理学会年会
  • 発表場所: 京都国際会館(京都市)
• [学会発表] Interaction analysis of periplasmic domain of E.coli YidC by site directed in vivo photo-cross-linking (2013)
  • 著者名/発表者名: 古川新(他３名)
  • 学会等名: 第３６回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸ポートピア(神戸市)
• [学会発表] LCP crystallization and preliminary X-ray crystallographic analysis of SecYEG translocon (2013)
  • 著者名/発表者名: Mizuki Takemoto
  • 学会等名: Nagoya Symposium - Frontiers in Structural Physiology
  • 発表場所: 名古屋
• [学会発表] rLCP法によるタンパク質膜透過装置SecYEGの結晶化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 塚崎智也,草木迫司,熊崎薫,石谷隆一郎,濡木理
  • 学会等名: 第12回日本蛋白質科学会年会
  • 年月日: 2012-06-20
• [学会発表] LCP法によるタンパク質膜透過装置SecYEGの結晶化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 塚崎智也
  • 学会等名: 蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 名古屋
• [学会発表] タンパク質膜透過装置Secトランスロコンの構造生物学
  • 著者名/発表者名: 塚崎智也
  • 学会等名: 第７回構造生物学に関する先端技術講演会
  • 発表場所: 九州大学(福岡市)
  • 招待講演
• [図書] [化学同人]膜タンパク質構造研究「タンパク質膜透過装置Secトランスロコン複合体」 (2013)
  • 著者名/発表者名: 塚崎智也,濡木理(岩田想編)
• [図書] 化学と生物「細菌のタンパク質分泌を促進する膜タンパク質SecDFの構造と機能」 (51(1)) (2013)
  • 著者名/発表者名: 森博幸,塚崎智也
  • 出版者: 国際文献社
• [図書] 膜タンパク質構造研究 岩田想 編 (2013)
  • 著者名/発表者名: 塚崎智也，濡木理
  • 出版者: 化学同人
• [図書] 化学と生物(解説細菌のタンパク質分泌を促進する膜タンパク質SecDFの構造と機能) (2013)
  • 著者名/発表者名: 森博幸
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: 国際文献社
• [備考] 奈良先端科学技術大学院大学バイオサイエンス研究科 膜分子複合機能学(塚崎研究室)
  • URL: http://bsw3.naist.jp/tsukazaki/
• [備考] さきがけライフサイエンスの革新を目指した構造生命科学と先端的基盤技術 研究者紹介
  • URL: http://www.jst.go.jp/presto/struct-lifesci/researchers/10403tsukazaki/index.html
• [備考] プレスリリース:タンパク質を細胞膜に組み込むメカニズムを解明
  • URL: http://www.naist.jp/pressrelease/detail_j/topics/1752/
• [備考] ライフサイエンス新着論文レピュー:膜組み込み酵素YidCによるタンパク質の細胞膜への組み込みの分子機構
  • URL: http://first.lifesciencedb.jp/archives/8680
• [備考] 化学工業日報 (2014年4月23日)6面に掲載 「たん白質を細胞膜に組み込む仕組み解明働き担うYidCの立体構造決定 新規 薬剤開発の基盤へ」
• [備考] 奈良先端科学技術大学大学院バイオサイエンス研究科膜分子複合機能学
  • URL: http://bsw3.naist.jp/courses/courses309.html
• [備考] さきがけライフサイエンスの革新を目指した構造生命科学と先端的基盤技術研究者紹介
  • URL: http://www.struct-1ifesci.jst.go.jp/researchers/10403tsukazaki/index.html