べん毛蛋白質輸送システムの動的機能構造解析

• 研究領域: 動的構造生命科学を拓く新発想測定技術－タンパク質が動作する姿を活写する－
• 研究課題/領域番号: 15H01640
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 複合領域
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 南野 徹 大阪大学, 生命機能研究科, 准教授 (20402993)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 11,180千円 (直接経費: 8,600千円、間接経費: 2,580千円); 2016年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円); 2015年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
• キーワード: 蛋白質 / 細菌 / 分子モーター / 電子顕微鏡

研究実績の概要

本研究では、in vivoでの動態機能解析、X線結晶構造解析およびクライオ電子線トモグラフィー法による構造解析、さらにin vitroでの生化学的機能解析法を上手く組み合わせることで、フック完成シグナルに伴う輸送装置の基質認識モード切り替え機構を原子レベルで解明することを目的としている。本年度の主な成果は以下に示す。
1. べん毛輸送シャペロンであるFlgNの立体構造を2.3Å分解能で決定した。構造に基づいて変異体解析を行った結果、α1ヘリックスとα2ヘリックスを繋ぐNループ領域がFlgNの輸送シャペロン活性を巧みに制御する構造スイッチとして機能することが判明した。
2. べん毛輸送シャペロンであるFliSとFlhAcとの間の強い相互作用を介してフラジェリンのC末領域がFlhAcに安定にアンカーされると、輸送ゲート複合体によってフラジェリンが効率よくアンフォールドされて細胞外方向へ輸送されることが判明した。
3. FliKのC末天然変性領域がフォールドすると、FliKのC末コアドメインが構造変化し、その結果輸送ゲート蛋白質FlhBに結合することが示唆された。
4. FlhAリング複合体形成は非常に高い正の協同性を示すこと、さらにその協同的なサブユニット間相互作用にはリンカー領域が重要であることが明らかとなった。
5. FlhAリング複合体が構造変化すると、輸送装置の基質特異性が切り替わることが判明した。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ニューキャスル大学(英国)
• [国際共同研究] ヘルムホルツ感染研究センター(ドイツ)
• [国際共同研究] ニューキャッスル大学(英国)
• [国際共同研究] ヘルムホルツ感染研究センター(ドイツ)
• [雑誌論文] Bacterial intracellular sodium ion measurement using CoroNa Green (2017)
  • 著者名/発表者名: Yusuke V. Morimoto, Keiichi Namba, Tohru Minamino
  • 雑誌名: Bio-protocol 巻: 7 号: 1
  • DOI: 10.21769/bioprotoc.2092
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Measurements of free-swimming speed of motile Salmonella cells in liquid media (2017)
  • 著者名/発表者名: Yusuke V. Morimoto, Keiichi Namba, Tohru Minamino
  • 雑誌名: Bio-protocol 巻: 7 号: 1
  • DOI: 10.21769/bioprotoc.2093
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Bacterial flagella grow through an injection-diffusion mechanism. (2017)
  • 著者名/発表者名: Renault, T.T., Abraham, A.O., Bergmiller, T., Parados, G., Rainville, S., Charpentier, E., Guet, C.C., Tu, Y., Namba, K., Keener, J.P., Minamino, T., Erhardt, M.
  • 雑誌名: eLife 巻: 6
  • DOI: 10.7554/elife.23136
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fuel of the bacterial flagellar type III export apparatus. (2017)
  • 著者名/発表者名: Minamino, T., Kinoshita, M., Namba, K.
  • 雑誌名: Methods Mol. Biol. 巻: 1593 ページ: 3-16
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-6927-2_1
  • ISBN: 9781493969265, 9781493969272
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rearrangements of α-helical structures of FlgN chaperone control the binding affinity for its cognate substrates during flagellar type III export. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita, M., Nakanishi, Y., Furukawa, Y., Namba, K., Imada, K., Minamino, T.
  • 雑誌名: Mol. Microbiol. 巻: 101 号: 4 ページ: 656-670
  • DOI: 10.1111/mmi.13415
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structural stability of flagellin subunit affects the rate of flagellin export in the absence of FliS chaperone. (2016)
  • 著者名/発表者名: Furukawa, Y., Inoue, Y., Sakaguchi, A., Mori, Y., Fukumura, T., Miyata, T., Namba, K., Minamino, T.
  • 雑誌名: Mol. Microbiol. 巻: 102 号: 3 ページ: 405-416
  • DOI: 10.1111/mmi.13469
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High-resolution pH imaging of living bacterial cell to detect local pH differences (2016)
  • 著者名/発表者名: Yusuke V. Morimoto, Nobunori Kami-ike, Tomoko Miyata, Akihiro Kawamoto, Takayuki Kato, Keiichi Namba, Tohru Minamino
  • 雑誌名: mBio 巻: 7 号: 6
  • DOI: 10.1128/mbio.01911-16
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] FliH and FliI ensure efficient energy coupling of flagellar type III protein export in Salmonella. (2016)
  • 著者名/発表者名: Minamino T, Kinoshita M, Inoue Y, Morimoto YV, Ihara K, Koya S, Hara N, Nishioka N, Kojima S, Homma M, Namba K
  • 雑誌名: Microbiologyopen 巻: - 号: 3 ページ: 340-340
  • DOI: 10.1002/mbo3.340
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The bacterial flagellar type III export gate complex is a dual fuel engine that can use both H+ and Na+ for flagellar protein export (2016)
  • 著者名/発表者名: Minamino T, Morimoto YV, Hara N, Aldridge PD, Namba K
  • 雑誌名: PLoS Pathog 巻: 12 号: 3 ページ: e1005495-e1005495
  • DOI: 10.1371/journal.ppat.1005495
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Insight into the flagella type III export revealed by the complex structure of the type III ATPase and its regulator. (2016)
  • 著者名/発表者名: Imada, K., Minamino, T., Uchida, Y., Kinoshita, M., Namba, K.
  • 雑誌名: Proc. Natl Acad. Sci. USA 巻: 113(13) 号: 13 ページ: 3633-3638
  • DOI: 10.1073/pnas.1524025113
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The bacterial flagellar motor and its structural diversity (2015)
  • 著者名/発表者名: Minamino T, Imada K
  • 雑誌名: Trends Microbiol 巻: 未定 号: 5 ページ: 267-274
  • DOI: 10.1016/j.tim.2014.12.011
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Weak interactions between Salmonella enterica FlhB and other flagellar export apparatus proteins govern type III secretion dynamics (2015)
  • 著者名/発表者名: McMurry, J.L., Minamino, T., Furukawa, Y., Francis, J.W., Hill, S.A., Helms, K.A., Namba, K.
  • 雑誌名: PLOS One 巻: 10 号: 8 ページ: e0134884-e0134884
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0134884
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] サルモネラ属菌のべん毛III型蛋白質輸送システムの構造と機能 (2015)
  • 著者名/発表者名: 南野徹
  • 雑誌名: 日本細菌学雑誌 巻: 70 号: 3 ページ: 351-364
  • DOI: 10.3412/jsb.70.351
  • NAID: 130005094696
  • ISSN: 0021-4930, 1882-4110
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] べん毛III型輸送装置構成蛋白質FliJとIII型輸送シャペロンとの相互作用 (Role of interactions of FliJ with FlgN and FliT chaperones in flagellar type III protein export). (2017)
  • 著者名/発表者名: 南野徹, 木下実紀, 森本雄祐, 難波啓一.
  • 学会等名: 第90回日本細菌学会総会
  • 発表場所: 仙台国際センター展示棟（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2017-03-19
• [学会発表] Cooperative remodeling of the FlhA ring structure coordinates flagella type III protein export with assembly. (2017)
  • 著者名/発表者名: Minamino, T.
  • 学会等名: OIST Workshop “Bacterial Flagella, Injectiosome and Type III Secretion Systems”
  • 発表場所: OIST, Kunigami-gun, Okinawa
  • 年月日: 2017-03-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Conformational rearrangement of FlhA is critical for flagellar type III protein export. (2017)
  • 著者名/発表者名: Inoue, Y., Kinoshita, M., Kitano, A., Imada, K., Namba, K., Minamino, T.
  • 学会等名: OIST Workshop “Bacterial flagella, injectisomes & type III secretion systems” joint with Annual Flagella Meeting
  • 発表場所: OIST, Kunigami-gun, Okinawa
  • 年月日: 2017-03-01
  • 国際学会
• [学会発表] Role of intrinsically disordered region of the C-terminal domain of FliK in substrate specificity switching of the bacterial flagellar type III export apparatus. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita, M., Aizawa, S., Namba, K., Minamino, T.
  • 学会等名: IST Workshop “Bacterial flagella, injectisomes & type III secretion systems” joint with Annual Flagella Meeting
  • 発表場所: OIST, Kunigami-gun, Okinawa
  • 年月日: 2017-03-01
  • 国際学会
• [学会発表] In Vitro reconstitution of the protein export of the flagellar typeIII secretion system by using the inverted membrane vesicles. (2017)
  • 著者名/発表者名: Terashima, H., Kawamoto, A., Tatsumi, C., Namba, K., Minamino, T., Imada, K.
  • 学会等名: OIST Workshop “Bacterial flagella, injectisomes & type III secretion systems” joint with Annual Flagella Meeting
  • 発表場所: OIST, Kunigami-gun, Okinawa
  • 年月日: 2017-03-01
  • 国際学会
• [学会発表] 蛍光ラベルした細菌べん毛蛋白質のin vitro輸送測定系を用いた検出. (2016)
  • 著者名/発表者名: 戸野侃, 寺島浩行, 巽千夏, 川本晃大, 田端和仁, 上野博史, 松田知己, 永井健治, 野地博行, 難波啓一, 南野徹, 今田勝巳.
  • 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: 名古屋工業大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2016-12-20
• [学会発表] 蛋白質膜透過を駆動するモータータンパク質のスナップショット. Snapshots of a protein translocation motor. (2016)
  • 著者名/発表者名: Furukawa, A., Yoshikaie, K., Mori, T., Mori, H., Morimoto, Y., Sugano, Y., Iwaki, S., Minamino, T., Sugita, Y., Tanaka, Y., Tsukazaki, T.
  • 学会等名: 第54回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2016-11-27
• [学会発表] FlhAの構造変換がべん毛蛋白質輸送順序の決定に重要である. Conformational rearrangements of FlhA is critical for ordered protein export during flagellar assembly. (2016)
  • 著者名/発表者名: Inoue, Y., Ogawa, Y., Kinoshita, M., Imada, K., Namba, K., Minamino, T.
  • 学会等名: 第54回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2016-11-27
• [学会発表] 細菌べん毛III型タンパク質輸送のin vitro再構築. In vitro reconstitution of the bacterial flagellar type III protein export. (2016)
  • 著者名/発表者名: Terashima, H., Kawamoto, A., Tatsumi, C., Namba, K., Minamino, T., Imada, K.
  • 学会等名: 第54回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2016-11-27
• [学会発表] 反転膜小胞を用いたべん毛軸構造タンパク質よ輸送順序の解析. Secretion order of the Class-II flagellar axial proteins analyzed by inverted membrane vesicles(IMV). (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, Y., Tatsumi, C., Terashima, H., Minamino, T., Imada, K.
  • 学会等名: 第54回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 年月日: 2016-11-26
• [学会発表] Direct observation of ring formation of the C-terminal cytoplasmic domain of a flagellar type III export gate protein FlhA by high-speed atomic force microscopy. (2016)
  • 著者名/発表者名: Minamino, T., Terahara, N., Inoue, Y., Kodera, N., Ando, T., Namba, K.
  • 学会等名: 4th Kanazawa Bio-AFM Workshop 2016
  • 発表場所: KKR ホテル金沢（石川県金沢市）
  • 年月日: 2016-10-05
  • 国際学会
• [学会発表] バクテリアべん毛モーターの動的機能構造を支える分子基盤 (2016)
  • 著者名/発表者名: 南野徹
  • 学会等名: 蛋白研セミナー・第6回分子モーター討論会
  • 発表場所: 大阪大学蛋白質研究所（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2016-07-25
  • 招待講演
• [学会発表] バクテリアべん毛III型輸送システムの機能と構造. (2016)
  • 著者名/発表者名: 南野徹
  • 学会等名: 大阪大学微生物病研究所セミナー
  • 発表場所: 大阪大学微生物病研究所（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2016-07-05
  • 招待講演
• [学会発表] 蛋白質輸送体の中に存在する、回転分子モーターによく似た複合体. Protein translocator resembling the FI-rotary motor. (2016)
  • 著者名/発表者名: 寺島浩行, 川元晃大, 巽千夏, 難波啓一, 南野徹, 今田勝巳.
  • 学会等名: 第16回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場（福岡県福岡市）
  • 年月日: 2016-06-09
• [学会発表] バクテリアべん毛フックの長さ制御におけるFlhAとFliH/FliI複合体の役割. (2016)
  • 著者名/発表者名: 井上由美, 木下実紀, 難波啓一, 南野徹.
  • 学会等名: 第13回21世紀大腸菌研究会
  • 発表場所: グリーンピア南阿蘇（熊本県阿蘇郡）
  • 年月日: 2016-06-02
• [学会発表] バクテリアべん毛フック長制御蛋白質FliKの部位特異的in vivo光架橋実験. (2016)
  • 著者名/発表者名: 木下実紀, 難波啓一, 南野徹.
  • 学会等名: 第13回21世紀大腸菌研究会
  • 発表場所: グリーンピア南阿蘇（熊本県阿蘇郡）
  • 年月日: 2016-06-02
• [学会発表] Energy transduction mechanism of bacterial flagellar type III protein export. (2016)
  • 著者名/発表者名: Minamino, T.
  • 学会等名: Type III secretion systems 2016
  • 発表場所: Tubingen, Germany
  • 年月日: 2016-04-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Flagellar type III protein export in Salmonella and the roles of chaperones. (2016)
  • 著者名/発表者名: Minamino, T.
  • 学会等名: Joint SFB 900 and IRTG 1273 Seminar Series
  • 発表場所: Hannover Medical School, Hannover, Germany
  • 年月日: 2016-04-01
  • 招待講演
• [学会発表] Coordinating flagellar type III protein export with assembly. (2016)
  • 著者名/発表者名: Minamino, T.
  • 学会等名: Helmholtz Centre Seminar
  • 発表場所: Helmholtz Centre for Infection Research, Helmholtz, Germany
  • 年月日: 2016-03-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] べん毛タンパク質輸送ゲートを構成するFliPの機能構造解析. Structural and functional analysis of FliP as a component of the flagellar protein export gate. (2016)
  • 著者名/発表者名: 福村拓真
  • 学会等名: 2015年度べん毛研究交流会
  • 発表場所: 滝の湯（山形県天童市）
  • 年月日: 2016-03-07
• [学会発表] べん毛モーター回転子リング複合体の動的機能構造. Molecular basis for dynamic structural properties of the C ring in the bacterial flagellar motor. (2016)
  • 著者名/発表者名: 木下実紀
  • 学会等名: 2015年度べん毛研究交流会
  • 発表場所: 滝の湯（山形県天童市）
  • 年月日: 2016-03-06
• [学会発表] Molecular basis for dynamic structural properties of the C ring in the bacterial flagellar motor. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kihoshita, M., Furukawa, Y., Imada, K., Namba, K., Minamino, T.
  • 学会等名: GRC on Sensory Transduction in Microorganisms
  • 発表場所: Ventura Beach Marriott, California, USA
  • 年月日: 2016-01-17
  • 国際学会
• [学会発表] FliS chaperone contributes to efficient unfolding of flagellin subunit during protein translocation. (2016)
  • 著者名/発表者名: Minamino, T., Furukawa, Y., Inoue, Y., Namba, K.
  • 学会等名: GRC on Sensory Transduction in Microorganisms
  • 発表場所: Ventura Beach Marriott, California, USA
  • 年月日: 2016-01-17
  • 国際学会
• [学会発表] Dynamics of bacterial flagellar filament self-assembly. (2015)
  • 著者名/発表者名: Abraham, A., Fukumura, T., Minamino, T., Namba, K.
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2015-09-15
• [学会発表] バクテリアFlgNシャペロンの機能構造スイッチの分子基盤. Molecular basis for a structural switch of FlgN that regulates its chaperone activity. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita, M., Nakanishi, Y., Furukawa, Y., Imada, K., Namba, K., Minamino, T.
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2015-09-15
• [学会発表] 反転膜ベクシルを用いたべん毛軸構造の構築. Construction of the flagellar axial structure using inverted membrane vesicles. (2015)
  • 著者名/発表者名: Tatsumi, C., Terashima, H., Minamino, T., Imada, K.
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2015-09-15
• [学会発表] Structural characterization of FliP, a component of flagellar type III protein export apparatus. (2015)
  • 著者名/発表者名: Fukumura, T., Makino, F., Kato, T., Imada, K., Namba, K., Minamino, T.
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2015-09-14
• [学会発表] FlhAとFliH/FliIとの相互作用がべん毛フックの構築順序を巧みに制御する. Role of the interaction between FlhA and the FliH-FliI complex in coordinating flagellar hook assembly. (2015)
  • 著者名/発表者名: 井上由美, 木下実紀, 難波啓一, 南野徹.
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] 細菌べん毛III型分泌装置のエネルギー変換メカニズム. An energy transduction mechanism of the bacterial flagellar type III secretion apparatus. (2015)
  • 著者名/発表者名: Terashima, H., Kawamoto, A., Tatsumi, C., Minamino, T., Namba, K., Imada, K.
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学（石川県金沢市）
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] 反転膜小胞を用いたIII型分泌装置のin vitroタンパク質輸送計測. (2015)
  • 著者名/発表者名: 寺島浩行, 川本晃大, 巽千夏, 南野徹, 難波啓一, 今田勝巳.
  • 学会等名: 第12回21世紀大腸菌研究会
  • 発表場所: 琵琶湖グランドホテル・京近江（滋賀県大津市）
  • 年月日: 2015-06-04
• [学会発表] バクテリアFlgNシャペロンの機能構造スイッチの分子基盤. (2015)
  • 著者名/発表者名: 木下実紀, 中西雄紀, 難波啓一, 今田勝巳, 南野徹.
  • 学会等名: 第12回21世紀大腸菌研究会
  • 発表場所: 琵琶湖グランドホテル・京近江（滋賀県大津市）
  • 年月日: 2015-06-04
• [学会発表] 反転膜ベクシルを用いたべん毛軸構造の構築. (2015)
  • 著者名/発表者名: 巽千夏, 寺島浩行, 南野徹, 今田勝巳.
  • 学会等名: 第12回21世紀大腸菌研究会
  • 発表場所: 琵琶湖グランドホテル・京近江（滋賀県大津市）
  • 年月日: 2015-06-04
• [備考]
  • URL: http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/jpn/general/lab/02/result/
• [備考] 大阪大学大学院生命機能研究科プロトニックナノマシン研究室 研究成果
  • URL: http://www.fbs.osaka-u.ac.jp/jpn/general/lab/02/result/