ナトリウムイオン駆動型膜内回転モーターの力発生機構の解明

2008 年度 実績報告書

• 研究領域: 膜超分子モーターの革新的ナノサイエンス
• 研究課題/領域番号: 18074003
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 本間 道夫 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 教授 (50209342)
• 研究分担者: 小嶋 誠司 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助教 (70420362) ; 柿沼 喜己 愛媛大学, 農学部, 教授 (80134394)
• キーワード: モーター / ナノテク / ナトリウムイオン / 生体エネルギー / べん毛

研究概要

べん毛モーターの回転力のエネルギー源は電気化学的ポテンシャル差によるイオンの流入である。大腸菌ではMotA/MotBのH^+チャネル機能、ビブリオ菌ではPomA/PomBのNa^+チャネル機能に伴う電気化学ポテンシャル差により回転力が生み出される。しかしながら、どのようにして電気化学的ポテンシャル差がべん毛の機械的回転力に変換されているのかは不明のままである。本研究課題では、べん毛超分子複合体での固定子-回転子間相互作用の詳細を明らかにすることを目標にしている。本年度はモーター膜タンパク質のイオン透過経路について新しい知見を得ることができた。べん毛モーター固定子中を透過するイオンは、固定子複合体中の膜貫通部位に唯一存在するカルボン酸、Asp24-PomB(Asp32-MotB)がイオン結合部位と推定されている。全反射型赤外分光法(ATR-FTIR)を用い、Asp残基とイオンの相互作用を確かめることに成功した。PomA/PomBをビブリオ菌で発現させ、精製を行い、大腸菌Polar lipidに再構成した。この試料を用い塩存在下・非存在下での測定を行った。その結果、Na^+存在下で、COOH型からCOO^-型へ変化するカルボン酸を見出した。D24N変異体での信号消失から、Asp24とNa^+の結合による変化であることを確かめるとともに、2つの信号が残ることから、Asp24以外のNa^+結合部位を明らかにすることができた。さらに、Asp24に至る透過経路について検討した。Asp24(Asp32-MotB)のヘリックス2ターン分、イオン取り込み側に位置し、H^+駆動型でAla、Na^+駆動型でCysに保存されている残基に着目し、側鎖の大きさを変える種々の変異体を作成した。その結果、MotA-M206がMotB-A39と向かい合いイオン透過経路を形成していることが推定された。

研究成果

• [雑誌論文] The effects of cell sizes, environmental conditions, and growth phases on the strength of individual W303 yeast cells inside ESEM (2008)
  • 著者名/発表者名: Ahmad MR, Nakajima M, Kojima S, Homma M, Fukuda T.
  • 雑誌名: IEEE Trans Nanobioscience. 7 ページ: 185-93
  • 査読あり
• [雑誌論文] In Situ Single Cell Mechanics Characterization of Yeast Cells Using Nanoneedles Inside Environmental SEM (2008)
  • 著者名/発表者名: Ahmad MR, Nakajima M, Kojima S, Honama M, Fukuda T.
  • 雑誌名: IEEE Trans Nanotechnology 7 ページ: 607-616
  • 査読あり
• [雑誌論文] Salinibacter sensory rhodopsin : sensory rhodopsin I-like prote in from a eubacterium (2008)
  • 著者名/発表者名: Kitajima-Ihara T, Furutani Y, Suzuki D, Ihara K, Kandori H, Homma M, Sudo Y.
  • 雑誌名: J Biol Chem. 283 ページ: 23533-41
  • 査読あり
• [雑誌論文] Insights into the stator assembly of the Vivrio flagellar motor from the crystal structure of MotY (2008)
  • 著者名/発表者名: Kojima, S., Shinohara, A., Terashima, H., Yakushi, T., Sakuma, M., Homma, M., Namba, K., Ima, K.
  • 雑誌名: Proc. Nat. Aca. Sci. USA 105 ページ: 7696-701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Steric constraint in the primary photoproduct of sensory rhodopsin II is a prerequisite for light-signal transfer to Htr II (2008)
  • 著者名/発表者名: Ito M, Sudo Y, Furutani Y, Okitsu T, Wada A, Homma M, Spudich JL, Kandori H.
  • 雑誌名: Biochemistry. 47 ページ: 6208-15
  • 査読あり
• [雑誌論文] Roles of charged residues in the C-terminal region of PomA, a stator component of the Na +- driven flagellar motor (2008)
  • 著者名/発表者名: Obara M, Yakushi T, Kojima S, Homma M.
  • 雑誌名: J Bacteriol. 190 ページ: 3565-71
  • 査読あり
• [雑誌論文] Collaboration of F 1 hF and FlhG to regulate polar-flagella number and localization in Vibrio alginolyticus (2008)
  • 著者名/発表者名: Kusumoto A, Shinohara A, Terashima H, Kojima S, Yakushi T, Homma M.
  • 雑誌名: Microbiology. 154 ページ: 1390-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Systematic Cys mutagenesis of Flg I, the flagellar P-ring component of Escherichia coli (2008)
  • 著者名/発表者名: Hizukuri Y, Kojima S, Yakushi T, Kawagishi I, Homma M.
  • 雑誌名: Microbiology. 154 ページ: 810-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Torque-speed relationships of Na +- driven chimeric flagellar motors in Escherichia coll (2008)
  • 著者名/発表者名: Inoue Y, Lo CJ, Fukuoka H, Takahashi H, Sowa Y, Pillzota T, Wadhams GH, Homma M, Berry RM, Ishijima A.
  • 雑誌名: J Mol Biol. 376 ページ: 1251-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural changes of Salinibacter sensory rhodopsin I upon formation of the K and M photointermediates (2008)
  • 著者名/発表者名: Suzuki D, Sudo Y, Furutani Y, Takahashi H, Homma M, Kandori H.
  • 雑誌名: Biochemistry. 47 ページ: 12750-9
  • 査読あり
• [雑誌論文] 蛋白質の細胞内局在と細胞骨格 (2008)
  • 著者名/発表者名: 坂野聡美、本間道夫、川岸郁朗
  • 雑誌名: 蛋白質核酸酵素 53 ページ: 1737-45
  • 査読あり
• [学会発表] Estimation of the ion flux pathway in stator units of the proton-and sodium-driven flagellar motors (2009)
  • 著者名/発表者名: 本間道夫
  • 学会等名: ゴードン会議
  • 発表場所: ベンチュラ(米国)
  • 年月日: 20090222-26