人工細胞開発のための機能的膜タンパク質試験管内合成システムの構築

• 研究領域: 動的・多要素な生体分子ネットワークを理解するための合成生物学の基盤構築
• 研究課題/領域番号: 26119701
• 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: 岩手大学
• 研究代表者: 西山 賢一 岩手大学, 農学部, 教授 (80291334)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 13,780千円 (直接経費: 10,600千円、間接経費: 3,180千円); 2015年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円); 2014年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
• キーワード: 人工細胞 / タンパク質膜挿入 / リポソーム / MPIase

研究実績の概要

合成生物学の究極の目的は、人工的に細胞を作製し、それが自己複製能力をもつことであると言える。人工的なリポソームに生体膜のような自己合成能を付与することができれば、人工細胞作製の大きな一歩となる。膜タンパク質は生合成に共役して膜挿入するが、その際いくつかの膜挿入因子の協調的作用が必要となる。我々はタンパク質膜挿入に必須の糖脂質MPIaseを発見し、前年度in vivo の反応を忠実に反映したタンパク質膜挿入反応の再構成系の構築を完了した。本年度は、この再構成系で機能的な膜タンパク質が合成できるかどうか調べた。別のプロジェクトでリン脂質生合成に関わるCdsAタンパク質がMPIase生合成にも関与することが明らかとなった。CdsAはシグナル認識粒子SRPや膜透過チャンネルSecYEGに依存して膜挿入する膜タンパク質である。CdsAを膜挿入可能なプロテオリポソーム存在下で試験管内合成させると、MPIase生合成中間体の精製が認められた。この結果は試験管内で合成したCdsAが機能的なタンパク質として膜挿入したことを示している。さらに、F0F1-ATPaseのcサブユニット（F0-c）もMPIaseに依存して膜挿入し、高次構造を形成することを明らかにした。これらのことから、我々の再構成系で機能的な膜タンパク質を合成できることが確認された。現在、膜挿入に必要な因子を再構成したプロテオリポソームにタンパク質合成系を封入することを試みている。このプロテオリポソームはもっとも単純な人工細胞といえるものと考えている。

現在までの達成度 (段落)

27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

27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] Ohio State University(米国)
• [雑誌論文] Relationship between glycolipozyme MPIase and components comprising the protein transport machinery (2015)
  • 著者名/発表者名: Endo, Y., Nishiyama, K.
  • 雑誌名: Med. Res. Arch. 巻: 2 ページ: 1-24
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] “糖脂質酵素（Glycolipozyme）”MPIaseの構造と作用機作 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西山賢一、島本啓子
  • 雑誌名: 酵素工学 巻: 74 ページ: 14-18
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [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] Glycolipozyme membrane protein integrase (MPIase): recent data (2014)
  • 著者名/発表者名: Kenichi Nishiyama, Keiko Shimamoto
  • 雑誌名: BioMolecular Concepts 巻: 5 号: 5 ページ: 429-438
  • DOI: 10.1515/bmc-2014-0030
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] タンパク質膜挿入の鍵を握るグライコリポザイム～タンパク質でない酵素？～ (2014)
  • 著者名/発表者名: 島本啓子、西山賢一
  • 雑誌名: 実験医学増刊「代謝」 巻: 32 ページ: 115-122
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 膜タンパク質膜挿入の鍵を握る糖脂質酵素MPIase (2014)
  • 著者名/発表者名: 島本啓子、西山賢一
  • 雑誌名: 生命化学研究レター 巻: 44 ページ: 9-14
  • オープンアクセス
• [学会発表] 糖脂質酵素MPIase に依存するタンパク質膜挿入反応は YidC によ (2016)
  • 著者名/発表者名: 志水優子、佐々木優、Ross Dalbey、西山賢一
  • 学会等名: 日本農芸化学会2016年度大会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道・札幌市）
  • 年月日: 2016-03-27
• [学会発表] タンパク質膜挿入反応に関与する糖脂質酵素MPIaseの構造と機能 (2016)
  • 著者名/発表者名: 西山 賢一
  • 学会等名: デザイン
  • 発表場所: 東京工業大学（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2016-03-08
  • 招待講演
• [学会発表] タンパク質膜挿入に関与する糖脂質酵素MPIaseのin vivoにおける機能解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 沢里 克宏、佐藤 諒、西山 賢一
  • 学会等名: 第１回デザイン生命工学研究会
  • 発表場所: 東京工業大学（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2016-03-08
• [学会発表] MPIase (membrane protein integrase), a glycolipozyme involved in protein integration into and protein translocation across the cytoplasmic membrane of E. coli (2015)
  • 著者名/発表者名: Ken-ichi Nishiyama, Michael Moser, Shoichi Kusumoto, Keiko Shimamoto
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin
  • 発表場所: Hawaii Convention Center (Honolulu, Hawaii)
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] Identification of biosynthetic enzymes for MPIase, a glycolipozyme essential for membrane protein integration (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryo Sato, Keiko Shimamoto, Toshiyuki Yamaguchi, Michael Moser, Ken-ichi Nishiyama
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin
  • 発表場所: Hawaii Convention Center (Honolulu, Hawaii)
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] Glycolipozyme MPIase functions as membrane protein integrase in vivo (2015)
  • 著者名/発表者名: Katsuhiro Sawasato, Michael Moser, Ryo Sato, Ken-ichi Nishiyama
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin
  • 発表場所: Hawaii Convention Center (Honolulu, Hawaii)
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] Reconstitution of glycolipozyme MPIase-dependent protein integration into membrane (2015)
  • 著者名/発表者名: Masaru Sasaki, Hideaki Matsubayashi, Yutetsu Kuruma, Takuya Ueda, Ken-ichi Nishiyama
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin
  • 発表場所: Hawaii Convention Center (Honolulu, Hawaii)
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] Characterization of an MPIase homologue in plants that catalyses membrane protein integration (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuta Endo, Toshiyuki Yamaguchi, Hideaki Matsubayashi, Yutetsu Kuruma, Takuya Ueda, Keiko Shimamoto, Ken-ichi Nishiyama
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin
  • 発表場所: Hawaii Convention Center (Honolulu, Hawaii)
  • 年月日: 2015-12-15
  • 国際学会
• [学会発表] タンパク質膜挿入に関与する糖脂質酵素MPIaseの植物ホモログの精製 (2015)
  • 著者名/発表者名: 遠藤 佑太、松林 英明、山口 敏幸、車 ゆうてつ、上田 卓也、島本 啓子、西山賢一
  • 学会等名: 第38回分子生物学会年会・第88回生化学会大会合同大会BMB2015
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01
• [学会発表] タンパク質膜挿入・膜透過に関与する糖脂質酵素MPIaseのin vivoにおける機能解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 沢里 克宏、Michael Moser、佐藤 諒、田村 康、遠藤 斗志也、西山 賢一
  • 学会等名: 第38回分子生物学会年会・第88回生化学会大会合同大会BMB2015
  • 発表場所: 神戸ポートアイランド（兵庫県・神戸市）
  • 年月日: 2015-12-01
• [学会発表] タンパク質膜挿入に必須の糖脂質酵素MPIase の生合成因子の同定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 諒、澤里 克宏、山口 敏幸、Moser Michael、島本 啓子、西山 賢一
  • 学会等名: 第10回 無細胞生命科学研究会
  • 発表場所: 理化学研究所（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2015-10-13
• [学会発表] 人工細胞開発のための機能的膜タンパク質試験管内合成システムの構築 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西山賢一
  • 学会等名: 「動的・多要素な生体分子ネットワークを理解するための合成生物学の基盤構築」研究発表会
  • 発表場所: 九州大学（福岡県・福岡市）
  • 年月日: 2015-10-05
  • 招待講演
• [学会発表] タンパク質膜挿入・膜透過に関与する糖脂質MPIaseと標的タンパク質との相互作用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐々木優、Michael Moser、Maria Huber、西山賢一
  • 学会等名: 「天然物ケミカルバイオロジー～分子標的と活性制御～」 第8回公開シンポジウム
  • 発表場所: 東北大学(宮城県・仙台市）
  • 年月日: 2015-06-08
• [学会発表] タンパク質膜挿入に必須な糖脂質酵素MPIaseの生合成経路の解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 諒、山口 敏幸、Moser Michael、島本 啓子、西山 賢一
  • 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] 再構成によるタンパク質膜挿入における必須因子の決定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐々木優、松林英明、車ゆうてつ、上田卓也、西山賢一
  • 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] 大腸菌タンパク質膜挿入因子MPIaseのin vivo における役割 (2015)
  • 著者名/発表者名: 沢里克宏、Michael Moser、佐藤諒、田村康、遠藤斗志也、西山賢一
  • 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] タンパク質膜挿入・膜透過に関与する糖脂質酵素（Glycolipozyme）MPIaseの構造と機能 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西山 賢一、前田 将秀、Moser Michael、楠本 正一、徳田 元、島本 啓子
  • 学会等名: 日本農芸化学会2015年度大会 大会シンポジウム「天然物ケミカルバイオロジー研究の新展開」
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2015-03-29
  • 招待講演
• [学会発表] 糖脂質酵素MPIaseと タンパク質膜透過チャネル SecYEGに依存したタンパク質膜挿入反応の再構成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐々木優、永野孝典、Michael Moser、松林英明、車兪澈、上田卓也、西山 賢一
  • 学会等名: 日本農芸化学会2015年度大会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2015-03-28
• [学会発表] Reconstitution of preprotein translocation across and membrane protein integration into the cytoplasmic membrane of E. coli (2014)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, K.
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会 7.0
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2014-11-13
  • 招待講演
• [学会発表] Interaction between MPIase, a glycolipid involved in membrane protein integration and preprotein translocation, and its target proteins (2014)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, K.
  • 学会等名: The 3rd International Symposium on Chemical Biology of Natural Products: Target ID and Regulation of Bioactivity
  • 発表場所: Life Science Center, Senri Osaka (Toyonaka,Osaka)
  • 年月日: 2014-10-28
• [学会発表] タンパク質膜挿入に関与する糖脂質酵素MPIase とYidC との機能的相互作用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西山賢一
  • 学会等名: 第9回 無細胞生命科学研究会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2014-10-09
• [学会発表] タンパク質膜挿入に関与する糖脂質酵素MPIase の植物ホモログの探索 (2014)
  • 著者名/発表者名: 遠藤佑太、松林英明、車兪澈、上田卓也、西山 賢一
  • 学会等名: 第9回 無細胞生命科学研究会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2014-10-08
• [学会発表] タンパク質膜挿入・膜透過に関与する糖脂質酵素（Glycolipozyme）MPIaseの構造と機能 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西山賢一
  • 学会等名: 文部科学省特別経費「分子構築イノベーション」フロンティア化学教育研究センター（FCC）講演会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-09-24
  • 招待講演
• [学会発表] Functional interaction between glycolipozyme MPIase and the YidC protein in protein integration into membranes (2014)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, K.
  • 学会等名: The Gordon Research Conference on Bacterial Cell Surfaces
  • 発表場所: Mount Snow (West Dover, VT, USA)
  • 年月日: 2014-06-23 – 2014-06-26
• [学会発表] タンパク質膜透過・膜挿入に関わる糖脂質酵素MPIaseとYidCとの機能的相互作用 (2014)
  • 著者名/発表者名: Michael Moser、Maria Huber、西山 賢一
  • 学会等名: 第11回 21世紀大腸菌研究会
  • 発表場所: ホテル大観（岩手県盛岡市）
  • 年月日: 2014-06-05 – 2014-06-06
• [学会発表] タンパク質膜挿入・膜透過に関与する糖脂質MPIaseと標的タンパク質との相互作用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西山賢一
  • 学会等名: 新学術領域研究「天然物ケミカルバイオロジー～分子標的と活性制御～」第６回公開シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2014-05-28
• [学会発表] 人工細胞開発のための機能的膜タンパク質試験管内合成システムの構築 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西山賢一
  • 学会等名: 文部科学省科学研究費補助金「新学術領域研究」動的・多要素な生体分子ネットワークを理解するための合成生物学の基盤構築 第五回 領域全体会議
  • 発表場所: 九州大学（福岡県福岡市）
  • 年月日: 2014-05-20
• [学会発表] タンパク質膜透過・膜挿入に関与する糖脂質酵素（glycolipozyme）MPIaseの構造と機能 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西山賢一
  • 学会等名: 第258回生物科学セミナー
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2014-04-24
  • 招待講演
• [備考] 西山研究室 研究内容
  • URL: http://news7a1.atm.iwate-u.ac.jp/~sec/
• [備考] 西山研究室ホームページ
  • URL: http://news7a1.atm.iwate-u.ac.jp/~sec/