小胞体Ca2+ポンプの触媒部位から輸送部位への構造変化の伝達機構

• 研究課題/領域番号: 26440017
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 構造生物化学
• 研究機関: 旭川医科大学
• 研究代表者: 大保 貴嗣 旭川医科大学, 医学部, 准教授 (90207267)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2016年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2014年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: カルシウムポンプ / 筋小胞体 / ATPアーゼ / リン酸化中間体 / 能動輸送 / グリシン / 異性化 / gating / エネルギー共役 / 部位特異的変異 / ドメイン / カチオン輸送 / 変異体 / 構造変化 / Ca / nanodisc / エネルギー / 酵素 / P型 / ATPase

研究成果の概要

Caポンプは細胞質ドメインの触媒部位でATPを加水分解し、膜ドメインの輸送部位にてCaを輸送する。本研究では、これらのドメインをつなぐM2ヘリックスの構造的役割について部位特異的変異を用いて調べた。結果は、M2の細胞質部分M2m、膜部分M2c、M2c-細胞質ドメイン間のループの各々が、特異的反応段階にて機能を持ち、細胞質ドメイン-膜ドメイン間の構造変化の伝達を可能にすることを示した。またM2m-M2c連結部分のGly105は、リン酸化中間体から内腔へのCa放出段階にて、細胞質ドメインの大きな動きに伴うM2の歪みを吸収することによって正常なCa-gatingを起こさせることを示した。

研究成果

• [雑誌論文] Membrane Perturbation of ADP-insensitive Phosphoenzyme of Ca2+-ATPase Modifies Gathering of Transmembrane Helix M2 with Cytoplasmic Domains and Luminal Gating (2017)
  • 著者名/発表者名: Stefania Danko, Kazuo Yamasaki1, Takashi Daiho1, and Hiroshi Suzuki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1038/srep41172
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Glycine 105 as Pivot for a Critical Knee-like Joint between Cytoplasmic and Transmembrane Segments of Second Transmembrane Helix in Ca2+-ATPase (2016)
  • 著者名/発表者名: Takashi Daiho1, Kazuo Yamasaki, Stefania Danko, and Hiroshi Suzuki
  • 雑誌名: The Journal of Biological Chemistry 巻: 291 号: 47 ページ: 24688-24701
  • DOI: 10.1074/jbc.m116.759704
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Assembly of a Tyr122 Hydrophobic Cluster in Sarcoplasmic Reticulum Ca2+-ATPase Synchronizes Ca2+ Affinity Reduction and Release with Phosphoenzyme Isomerization (2015)
  • 著者名/発表者名: Yamasaki K., Daiho T., Danko S., and Suzuki H.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 290 号: 46 ページ: 27868-27879
  • DOI: 10.1074/jbc.m115.693770
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Second Transmembrane Helix (M2) and Long-range Coupling in Ca2+-ATPase (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Daiho, Kazuo Yamasaki, Stefania Danko, Hiroshi Suzuki
  • 雑誌名: The Journal of Biological Chemistry 巻: 289 号: 45 ページ: 31241-31252
  • DOI: 10.1074/jbc.m114.584086
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] Caポンプのエネルギー共役；M2-helix膜貫通部分（M2m）と細胞質部分（M2c）をつなぐGly105の柔軟性の機能 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大保 貴嗣、山崎和生、Stefania Danko、鈴木 裕
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会第42回討論会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2016-12-19
• [学会発表] 脂質ヘッドグループが筋小胞体カルシウムポンプ活性に及ぼす影響―ナノディスク組み込み標品を用いて― (2016)
  • 著者名/発表者名: 山崎和生、大保貴嗣、Danko Stefania、鈴木裕
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会第42回討論会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2016-12-19
• [学会発表] Membrane Perturbation of ADP-insensitive Phosphoenzyme of Ca2+-ATPase Modifies Gathering of Transmembrane Helix M2 with Cytoplasmic Domains and Luminal Gating (2016)
  • 著者名/発表者名: Stefania Danko, Kazuo Yamasaki, Takashi Daiho, and Hiroshi Suzuki
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会第42回討論会
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2016-12-19
• [学会発表] 筋小胞体Ca2+ポンプM2ヘリックスの膜貫通部分と細胞質部分の連結領域：エネルギー共役における役割 (2016)
  • 著者名/発表者名: 大保貴嗣, 山崎和生, ダンコ ステファニア, 鈴木裕
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2016-09-25
• [学会発表] ナノディスクに組み込んだ標品を用いた筋小胞体Ca2+-ATPaseのEP転換ステップに及ぼす脂質組成及びA23187の影響の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山崎和生, 大保貴嗣, Danko Stefania, 鈴木裕
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2016-09-25
• [学会発表] Caポンプの素過程構造-機能連関：部位特異的変異、速度論、および中間体・遷移状態捕捉による解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 鈴木裕, 大保貴嗣, 山崎和生, Danko Stefania
  • 学会等名: 第89回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2016-09-25
  • 招待講演
• [学会発表] 筋小胞体Ca2+ポンプのエネルギー共役におけるM2 ヘリックス膜貫通部分（M2m）と細胞質部分（M2cyt）の連結領域の役割 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大保 貴嗣
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会 第41回討論会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-12-22
• [学会発表] ナノディスクへ組み込んだ筋小胞体カルシウムポンプを用いたタンパク質―脂質相互作用の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山崎 和生
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会 第41回討論会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-12-22
• [学会発表] 筋小胞体Ca2+ポンプのエネルギー共役におけるM2ヘリックス膜貫通部分（M2m）と細胞質部分（M2cyt）の連結領域の役割 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大保 貴嗣
  • 学会等名: 第88回日本生化学会第38回日本分子生物学会合同年会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-12-03
• [学会発表] 筋小胞体Ca2+-ATPaseのEP転換ステップにおけるTyr122-Hydorophobic clusterの集合過程とエネルギー共役 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山崎 和生
  • 学会等名: 第88回日本生化学会第38回日本分子生物学会合同年会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-12-02
• [学会発表] Ca2+-ATPaseの触媒部位と輸送部位間のM2ヘリックスを介したロングレンジ共役 (2015)
  • 著者名/発表者名: 大保 貴嗣
  • 学会等名: 日本生物物理学会 第53回年会
  • 発表場所: 金沢
  • 年月日: 2015-09-15
  • 招待講演
• [学会発表] 筋小胞体Ca2+-ATPaseの第2膜貫通ヘリックス（M2）とロングレンジの共役 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大保 貴嗣
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会 第40回討論会
  • 発表場所: 松山
  • 年月日: 2014-12-11 – 2014-12-13
• [学会発表] 筋小胞体カルシウムポンプのEP転換とカルシウム放出の共役機構におけるTyr122-hydrophobic clusterの役割 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山崎 和生
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会 第40回討論会
  • 発表場所: 松山
  • 年月日: 2014-12-11 – 2014-12-13
• [学会発表] １分子蛍光観察によるCa2+-ATPaseの数と立体構造変化検出の試み (2014)
  • 著者名/発表者名: 小島 知樹
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会 第40回討論会
  • 発表場所: 松山
  • 年月日: 2014-12-11 – 2014-12-13
• [学会発表] Ca2+-ATPaseの第2膜貫通ヘリックス（M2）とロングレンジの共役 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大保 貴嗣
  • 学会等名: 日本生化学会 第87回大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [学会発表] ナノディスクに組み込んだ筋小胞体Ca2+-ATPaseの活性に対する脂質ヘッドグループの影響の解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 山崎 和生
  • 学会等名: 日本生化学会 第87回大会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [学会発表] Second Transmembrane Helix (M2) and Long-range Coupling in Ca2+-ATPase (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Daiho
  • 学会等名: 日本生物物理学会 第52回年会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] Long-range Coupling between Catalytic and Transport Sites via Second Transmembrane Helix (M2) in E2P Hydrolysis and E2-E1 Transition of Ca2+-ATPase (2014)
  • 著者名/発表者名: Takashi Daiho
  • 学会等名: Na,K-ATPase and Related Transport ATPases: Structure, Mechanism, Cell Biology, Health and Disease
  • 発表場所: Lunteren, The Netherlands
  • 年月日: 2014-08-30 – 2014-09-05
• [学会発表] A New Method for Ca2+-binding Measurement Applicable to a Small Quantity of Ca2+-ATPase: Transient E2P with Bound Ca2+ and Role of Leu119 on M2 in Ca2+-affinity Reduction and Ca2+ Release (2014)
  • 著者名/発表者名: Kazuo Yamasaki
  • 学会等名: Na,K-ATPase and Related Transport ATPases: Structure, Mechanism, Cell Biology, Health and Disease
  • 発表場所: Lunteren, The Netherlands
  • 年月日: 2014-08-30 – 2014-09-05
• [備考] 旭川医科大学 生化学講座機能分子科学分野 ホームページ
  • URL: http://www.asahikawa-med.ac.jp/dept/mc/biochem2/