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バクテリアべん毛モーター反転制御装置の設計原理の解明

公募研究

研究領域情報物理学でひもとく生命の秩序と設計原理
研究課題/領域番号 20H05532
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) 2020-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード細菌 / 1分子計測(SMD) / 蛋白質 / 遺伝学 / 一分子計測(SMD) / 一分子計測(SMD)
研究開始時の研究の概要

サルモネラ菌の運動器官であるべん毛は水素イオン流を回転力に変換する回転分子モーターである。べん毛モーターには反転制御装置が装備されているため、モーターは水素イオン流の向きを変えずに時計回りにも反時計回りにも回転し、その回転方向は環境中の化学物質に反応してミリ秒程度の短い時間でギアを切り替えるように瞬時に切り替わる。さらに、回転方向の切り替え頻度はべん毛モーターが発生する回転力にも依存する。本研究は、走化性シグナル感受性が変化したべん毛モーターのスイッチ頻度を定量的に計測し、当該領域計画班の理論グループの協力を得ることで、べん毛モーターの反転制御装置の設計原理の解明を目指す。

研究実績の概要

本年度の主な成果は以下に示す。
1.CheY-PはFliMのN末天然変性領域に存在するLSQXEIDLLモチーフに強く結合し、その結果べん毛モーターの回転方向がスイッチする。べん毛モーターの回転方向がCCW方向にバイアスされるfliM(D39M)およびfliM(Q39M)変異体を単離し解析した結果、CheY-PによるLSQXEIDLLモチーフを含む天然変性領域の構造変化により、べん毛モーターの反転制御装置であるCリングの構造変化が誘起されることが示唆された。さらに、CheY-PがCリング構成蛋白質であるFliNに存在する結合サイトに結合することにより、Cリングの全体構造がCCWからCWの状態にスイッチに重要であることが示唆された。
2.回転子であるMSリングの構造解析を行なった結果、34分子のサブユニットが2つの異なる構造で集合してMSリングを形成していること、その結果、MSリングの内部には34回、23回、11回の回転対称構造があることが明らかとなった。さらに、FliGリングも34分子のサブユニットで構成されていることが判明した。
3.クライオ電子顕微鏡を用いて軸受として働くLPリング複合体の分子構造を3.5Å分解能で解析した結果、LPリングが回転軸との間の静電引力と静電反発力をバランスよくもちいて摩擦によるエネルギー散逸を最小化していることが明らかとなった。

現在までの達成度 (段落)

令和3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

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (5件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] ユタ大学(米国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] ユタ大学(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Recent Advances in the Bacterial Flagellar Motor Study2021

    • 著者名/発表者名
      Minamino Tohru、Namba Keiichi
    • 雑誌名

      Biomolecules

      巻: 11 号: 5 ページ: 741-741

    • DOI

      10.3390/biom11050741

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Native flagellar MS ring is formed by 34 subunits with 23-fold and 11-fold subsymmetries2021

    • 著者名/発表者名
      Kawamoto Akihiro、Miyata Tomoko、Makino Fumiaki、Kinoshita Miki、Minamino Tohru、Imada Katsumi、Kato Takayuki、Namba Keiichi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 号: 1 ページ: 4223-4223

    • DOI

      10.1038/s41467-021-24507-9

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Structure of the molecular bushing of the bacterial flagellar motor2021

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Tomoko、Makino Fumiaki、Miyata Tomoko、Minamino Tohru、Kato Takayuki、Namba Keiichi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 号: 1 ページ: 4469-4469

    • DOI

      10.1038/s41467-021-24715-3

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Architecture and assembly of the bacterial flagellar motor complex.2021

    • 著者名/発表者名
      Morimoto, YV, Minamino T.
    • 雑誌名

      Subcell. Biochem.

      巻: 96 ページ: 297-321

    • DOI

      10.1007/978-3-030-58971-4_8

    • ISBN
      9783030589707, 9783030589714
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Two distinct conformations in 34 FliF subunits generate three different symmetries within the flagellar MS-ring2021

    • 著者名/発表者名
      Takekawa N, Kawamoto A, Sakuma M, Kato T, Kojima S, Kinoshita M, Minamino T, Namba K, Homma M, Imada K.
    • 雑誌名

      mBio

      巻: 12 号: 2

    • DOI

      10.1128/mbio.03199-20

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] GFP fusion to the N-terminus of MotB affects the proton channel activity of the bacterial flagellar motor in Salmonella.2020

    • 著者名/発表者名
      Morimoto YV, Namba K, Minamino T.
    • 雑誌名

      Biomolecules

      巻: 10 号: 9 ページ: 1255-1255

    • DOI

      10.3390/biom10091255

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dynamic exchange of two types of stator units in Bacillus subtilis flagellar motor in response to environmental changes2020

    • 著者名/発表者名
      Terahara N, Namba K, Minamino T.
    • 雑誌名

      Computational and Structural Biotechnology Journal

      巻: 18 ページ: 2897-2907

    • DOI

      10.1016/j.csbj.2020.10.009

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] べん毛モーターの軸受けはどのようにして軸周りに構築されるのか?2022

    • 著者名/発表者名
      山口智子, 牧野文信, 宮田知子, 南野徹, 加藤貴之, 難波啓一
    • 学会等名
      2021年度べん毛研究交流会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] バクテリアべん毛モーターの回転スイッチ機構2022

    • 著者名/発表者名
      南野徹, 木下実紀, 難波啓一
    • 学会等名
      2021年度べん毛研究交流会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Insight into cooperative structural remodeling of the flagellar rotor ring complex responsible for directional switching2021

    • 著者名/発表者名
      南野徹, 木下実紀, 難波啓一
    • 学会等名
      日本生物物理学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 滑らかに回転するバクテリアべん毛モーターの軸-軸受け相互作用を立体構造から紐解く2021

    • 著者名/発表者名
      山口智子, 牧野文信, 宮田知子, 南野徹, 加藤貴之, 難波啓一
    • 学会等名
      日本生物物理学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Bacillus subtilis 由来べん毛固定子蛋白質MotS のナトリウム依存的構造変化2021

    • 著者名/発表者名
      上堀まりあ, 山口綾香, 竹川亘宏, 南野徹, 今田勝巳
    • 学会等名
      日本生物物理学会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [図書] Perspectives on bacterial flagellar motor2021

    • 著者名/発表者名
      Minamino T, Namba K
    • 総ページ数
      356
    • 出版者
      Biomolecules
    • ISBN
      9783036513379
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      https://rd.iai.osaka-u.ac.jp/ja/2ce577c0931a0530.html

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      https://rd.iai.osaka-u.ac.jp/ja/2ce577c0931a0530.html

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2022-12-28  

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