タンパク質膜透過・膜組込み時に形成するリボソームを含む過渡的複合体の解析

• 研究領域: 過渡的複合体が関わる生命現象の統合的理解－生理的準安定状態を捉える新技術－
• 研究課題/領域番号: 24121704
• 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: 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: 11,310千円 (直接経費: 8,700千円、間接経費: 2,610千円); 2013年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2012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 / 過渡的複合体 / トランスロコン / 膜透過 / 膜組み込み / Sec / YidC / 膜タンパク質 / リボソーム / 構造解析 / 構造生物学 / 膜組込み

研究概要

本研究では,過渡的複合体が関わる生命現象の統合的理解という観点から,翻訳と共役したタンパク質輸送時に一 過的に形成されるリボソームを含む複合体に焦点をあてた。大腸菌では膜貫通領域を１回または２回もつ膜タンパク質の多くは，膜タンパク質YidCによって膜へと組み込まれる。このとき，YidCとリボソームが複合体を形成し膜組み込みするとされている。YidCはバクテリアだけでなく，ミトコンドリアと葉緑体に保存された膜タンパク質である。YidCの詳細構造の決定は，ホモログも含めされていなかった。本研究において，はじめてYidCの結晶構造を2.4A分解能で決定した。YidCは５回の膜貫通領域から構成されており，その膜貫通領域に親水性の溝をもつユニークな構造体であった。YidCの変異体解析によってこの凹みには機能発現に重要な保存されたアルギニンが存在してることを示した。さらに，アルギニンと基質タンパク質の負電荷をもったアミノ酸が電荷的に相互作用することを間接的に示すデータを得た。さらに，部位特異的クロスリンク実験の結果から，凹みと基質が直接相互作用することを示した。以上のことから，YidCは静電的な相互作用で，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。本結果は主要な科学雑誌に報告予定である(Kumazaki et al., in press)

現在までの達成度 (区分)

理由

25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

25年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [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
• [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] 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: 名古屋大学(名古屋)
  • 年月日: 2013-01-22
• [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: 名古屋国際会議場(名古屋)
  • 年月日: 2012-06-20
• [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] 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-lifesci.jst.go.jp/researchers/10403tsukazaki/index.html