マイコプラズマ滑走運動のメカニズム

2016 年度 実績報告書

• 研究領域: 運動超分子マシナリーが織りなす調和と多様性
• 研究課題/領域番号: 24117002
• 研究機関: 大阪市立大学
• 研究代表者: 宮田 真人 大阪市立大学, 大学院理学研究科, 教授 (50209912)
• 研究期間 (年度): 2012-06-28 – 2017-03-31
• キーワード: 細胞運動 / 一分子計測 / 電子顕微鏡 / 構造生物学 / 微生物 / 寄生細菌 / 電子線クライオトモグラフィー / 遺伝子操作

研究実績の概要

淡水魚の病原細菌，Mycoplasma mobile（モービレ）はその片側に滑走装置を形成し，ユニークなメカニズムで‘滑走運動’する．本研究ではこれまでの実験結果から提案した運動メカニズムの作業仮説，「滑走装置は4種類の新規巨大タンパク質から成る表面構造と，7種類のタンパク質から成る内部構造に分けられる．滑走装置からは長さ50ナノメートルのやわらかいあしが多数つきだしている．ATPの加水分解により装置に動きが生じ，あしのタンパク質が宿主細胞表面などのシアル酸オリゴ糖をつかんだり，ひっぱったり，はなしたりして，滑走運動が起こる．」に基づいた実験を行った．これまで不明であった内部構造とその動きを，蛍光タンパク質による標識，従来型電子顕微鏡法，クライオ電子顕微鏡法，高速原子間力顕微鏡法などで明らかにした．また，プラスチックビーズを，ガラス表面に固定した菌につかませることで，1本の動きを直接観察することに成功した．さらに遊離のシアル酸オリゴ糖を加えて働くあしの数を減らすことで，1本のあしの出す力が一般的なモータータンパク質の数分の1であることを突き止めた．
モービレと同じモリクテス綱に属するヒト病原細菌，Mycoplasma pneumoniae（ニューモニエ）は同様に滑走運動を行うが，必須タンパク質などにモービレとの共通性はない．この滑走のあしとして働くP1 adhesinの構造を，クライオ電子顕微鏡を用いた単粒子解析により，9オングストロームの解像度で明らかにした．さらに，モービレの研究で培った測定技術を応用することで，エネルギー源がATPであることを示した．
これまでの結果を基に，マイコプラズマ属，さらには全生物における運動能獲得過程の議論を行った．

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] 南京師範大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 南京師範大学
• [国際共同研究] The Barcelona Inst. of Sci. and Tech./Universitat Pompeu Fabra, Barcelona(スペイン)
  • 国名: スペイン
  • 外国機関名: The Barcelona Inst. of Sci. and Tech./Universitat Pompeu Fabra, Barcelona
• [雑誌論文] Detailed analyses of stall force generation in Mycoplasma mobile gliding. (2018)
  • 著者名/発表者名: Mizutani M, Tulum I, Kinosita Y, Nishizaka T and Miyata M
  • 雑誌名: Biophysical Journal 巻: 114 ページ: 1411-9
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2018.01.029.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] マイコプラズマ・モービレの滑走運動 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮田真人
  • 雑誌名: 生物工学会誌 巻: 96 ページ: 200-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transformation of crustacean pathogenic bacterium Spiroplasma eriocheiris and expression of yellow fluorescent protein. (2017)
  • 著者名/発表者名: Terahara N, Tulum I and Miyata M
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communication 巻: 487 ページ: 488-93
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.03.144.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Overall shapes of the SMC-ScpAB complex are determined by balance between constraint and relaxation of its structural parts. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kamada K, Suetsugu M, Takada H, Miyata M and Hirano T
  • 雑誌名: Structure 巻: 25 ページ: 603-16
  • DOI: 10.1016/j.str.2017.02.008.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Defined chromosome structure in a genome-reduced Mycoplasma pneumonia. (2017)
  • 著者名/発表者名: Trussart M, Yus E, Martinez S, Ba? D, Tahara YO, Pengo T, Widjaja M, Kretschmer S, Swoger J, Miyata M, Marti-Renom MA, Lluch-Senar M and Serrano L
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 ページ: 14665
  • DOI: 10.1038/ncomms14665.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Force measurement on Mycoplasma mobile gliding using optical tweezers. (2017)
  • 著者名/発表者名: Mizutani M and Miyata M
  • 雑誌名: Bio protocol 巻: 7 ページ: Iss 3, 2/5/2017
  • DOI: 10.21769/BioProtoc.2127.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chemotaxis without conventional two-component system, based on cell polarity and aerobic conditions in helicity-switching swimming of Spiroplasma eriocheiris. (2017)
  • 著者名/発表者名: Liu P, Zheng H, Meng Q, Terahara N, Gu W, Wang S, Zhao G, Nakane D, Wang W and Miyata M
  • 雑誌名: Frontiers in Microbiology 巻: 8 ページ: 58
  • DOI: 10.3389/fmicb.2017.00058.
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structural study of MPN387, an essential protein for gliding motility of a human pathogenic bacterium, Mycoplasma pneumoniae. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kawakita Y, Kinoshita M, Furukawa Y, Tulum I, Tahara YO, Katayama E, Namba K, and Miyata M
  • 雑誌名: Journal of Bacteriology 巻: 198 ページ: 2352-9
  • DOI: 10.1128/JB.00160-16.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Integrated information and prospects for gliding mechanism of the pathogenic bacterium Mycoplasma pneumoniae. (2016)
  • 著者名/発表者名: Miyata M and Hamaguchi T
  • 雑誌名: Frontiers in Microbiology 巻: 7 ページ: 960
  • DOI: 10.3389/fmicb.2016.00960.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Directed binding of gliding bacterium, Mycoplasma mobile, shown by detachment force and bond lifetime. (2016)
  • 著者名/発表者名: Tanaka A, Nakane D, Mizutani M, Nishizaka T and Miyata M
  • 雑誌名: mBio 巻: 7 ページ: e00455-16
  • DOI: 10.1128/mBio.00455-16.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Periodicity in attachment organelle revealed by electron cryotomography suggests conformational changes in gliding mechanism of Mycoplasma pneumoniae. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kawamoto A, Matsuo L, Kato T, Yamamoto H, Namba K and Miyata M
  • 雑誌名: mBio 巻: 7 ページ: e00243-16
  • DOI: 10.1128/mBio.00243-16.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Prospects for the gliding mechanism of Mycoplasma mobile (2016)
  • 著者名/発表者名: Miyata M Hamaguchi T
  • 雑誌名: Current Opinion in Microbiology 巻: 29 ページ: 15-21
  • DOI: 10.1016/j.mib.2015.08.010
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Mycoplasma mobile glides on fish gills by propulsion force of multiple legs (2018)
  • 著者名/発表者名: 水谷雅希，Isil Tulm，木下佳昭，西坂嵩之，宮田真人
  • 学会等名: 第91回日本細菌学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] Motor evolved from F-ATPase for Mycoplasma mobile gliding (2018)
  • 著者名/発表者名: 豊永 拓真，加藤 貴之，川本 晃大，古寺 哲幸，安藤 敏夫，難波 啓一，宮田 真人
  • 学会等名: 第91回日本細菌学会総会
• [学会発表] 急速凍結レプリカ電子顕微鏡法および高速原子間力顕微鏡を用いたマイコプラズマモービレの滑走装置の可視化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林 昂平，古寺 哲幸，田原 悠平，豊永 拓真，笠井 大司，安藤 敏夫，宮田 真人
  • 学会等名: 第91回日本細菌学会総会
• [学会発表] 急速凍結レプリカ電子顕微鏡法の薦め (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮田真人
  • 学会等名: 9th OCARINA International Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structure of P1 adhesin, the leg for infection of Mycoplasma pneumoniae, as novel sialic acid receptor (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto U, Kawamoto A, Kato T, Kinoshita M, Kawakami Y, Kenr Ti, Mori S, Namba K, Miyata M
  • 学会等名: 9th OCARINA International Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Approach to biological specimens and material observation using Quick-Freeze and Deep-Etch (QFDE) replica microscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: 田原悠平，宮田真人
  • 学会等名: 9th OCARINA International Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] 第二のマイコプラズマ滑走運動，Mycoplasma gallisepticumの詳細解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 水谷 雅希, 宮田 真人
  • 学会等名: 2018年生体運動研究合同班会議
• [学会発表] Gliding motility of Mycoplasma developed from rotary ATPase (2017)
  • 著者名/発表者名: Miyata M
  • 学会等名: IGER International Symposium on Cell Surface Structures and Functions 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 滑走するヒト肺炎原因菌 Mycoplasma pneumoniae の“あし”P1 adhesin (2017)
  • 著者名/発表者名: 豊永 拓真, 加藤 貴之, 川本 晃大, 難波 啓一, 宮田 真人
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Motor evolved from F-ATPase for Mycoplasma mobile gliding (2017)
  • 著者名/発表者名: 松本 優，川本 晃大，加藤 貴之，川北 祥人，見理 剛，森 茂太郎，難波 啓一，宮田 真人,
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会年会
• [学会発表] Gliding motility of Mycoplasma mobile (2017)
  • 著者名/発表者名: Miyata M
  • 学会等名: nternational Symposium on"Harmonized supramolecular motility machinery and its diversity"
  • 国際学会
• [学会発表] Application of Quick- freeze and deep-etch replication to motility and surface structure (2017)
  • 著者名/発表者名: Tahara YO, Miyata M
  • 学会等名: nternational Symposium on"Harmonized supramolecular motility machinery and its diversity"
  • 国際学会
• [学会発表] Motor evolved from F-ATPase for Mycoplasma mobile Gliding (2017)
  • 著者名/発表者名: Takuma Toyonaga, Takayuki Kato, Akihiro Kawamoto, Keiichi Namba, and Makoto Miyata
  • 学会等名: International Symposium on"Harmonized supramolecular motility machinery and its diversity"
  • 国際学会
• [学会発表] マイコプラズマの滑走運動 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮田真人
  • 学会等名: 生体分子の形と機能（科学技術振興機構・2005-2007年度さきがけ）10年間の展開
• [学会発表] ATP合成酵素から進化したマイコプラズマの滑走運動 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮田真人
  • 学会等名: 東京大学大学院工学系研究科 野地研究室セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 感染と生き残り戦略から俯瞰するモリクテス綱の運動能 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮田真人
  • 学会等名: 日本マイコプラズマ学会第44回学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Subcellular localization of internal structure of gliding machinery in Mycoplasma mobile (2017)
  • 著者名/発表者名: TULUM I, 木村賢太, 宮田真人
  • 学会等名: 日本マイコプラズマ学会第44回学術集会
• [学会発表] 最小生物，マイコプラズマの滑走運動 -メカニズムと起源 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮田真人
  • 学会等名: 第3回山口大学理学部講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 運動超分子マシナリーと光センサータンパク質 (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮田真人, 寺北明久
  • 学会等名: 8th OCARINA International Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] マイコプラズマ-滑走する肺炎細菌- (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮田真人
  • 学会等名: 平成28年度総合生命科学部シンポジウム/見ればわかる。見せる最新の生命科学
  • 招待講演
• [学会発表] F1-ATPase から進化したマイコプラズマ滑走運動のモーター (2017)
  • 著者名/発表者名: 豊永拓真, 加藤貴之, 川本晃大, 浜口 祐, 田原悠平, 難波啓一, 宮田真人
  • 学会等名: 2017年生体運動研究合同班会議
• [学会発表] F-ATPase から進化したマイコプラズマ滑走運動/Mycoplasma gliding developed from F-type ATPase (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮田真人
  • 学会等名: 第54回日本生物物理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 病原細菌，マイコプラズマの滑走運動 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮田真人
  • 学会等名: 大阪府立母子保健総合医療センター・DNA組換実験講習会
  • 招待講演
• [学会発表] 肺炎細菌，マイコプラズマの滑走運動 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮田真人
  • 学会等名: 大阪市立大学・杉本・阿倍野ライフサイエンス談話会
  • 招待講演
• [学会発表] 病原細菌，マイコプラズマの滑走運動 － メカニズムと起源 － (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮田真人
  • 学会等名: 第83回日本細菌学会北海道支部各術総会
  • 招待講演
• [学会発表] 病原細菌，マイコプラズマの滑走運動 － メカニズムと起源 － (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮田真人
  • 学会等名: 北海道大学大学院歯学研究科セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 最小生物，マイコプラズマの滑走運動 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮田真人
  • 学会等名: 第332回生物科学セミナー/大阪大学理学研究科生物学科
  • 招待講演
• [学会発表] マイコプラズマ滑走運動 (2016)
  • 著者名/発表者名: 宮田真人
  • 学会等名: 大阪大学蛋白質研究所セミナー第6回分子モーター討論会分子モーターの研究の最前線
  • 招待講演
• [学会発表] Characteristic motion of surface proteins involved in Mycoplasma mobile gliding observed by electron microscopy (EM) and high speed atomic force microscopy (AFM) (2016)
  • 著者名/発表者名: Yuhei O. Tahara, Noriyuki Kodera, Toshio Ando, Makoto Miyata
  • 学会等名: 21st Congress of International Organization for Mycoplasmology
  • 国際学会
• [学会発表] Chemotaxis without two-component system, based on cell polarity and aerobic condition in "kink swimming" of crab pathogen, Spiroplasma eriocheiris (2016)
  • 著者名/発表者名: Peng Liu, HuajunZheng, Quingguo Meng, Natsuho Terahara, Wei Gu, Shengyue Wang, Guoping Zhao, Daisuke Nakane, Wen Wang, Makoto Miyata
  • 学会等名: 21st Congress of International Organization for Mycoplasmology
  • 国際学会
• [学会発表] Chemotaxis without two-component system, based on cell polarity and aerobic condition in "kink swimming" of crab pathogen, Spiroplasma eriocheiris (2016)
  • 著者名/発表者名: Liu P, Zheng H, Meng Q, Terahara N, Gu W, Wang S, Zhao G, Nakane D, Wang W, Miyata M
  • 学会等名: 21st Congress of International Organization for Mycoplasmolog
  • 国際学会
• [学会発表] マイコプラズマの遺伝子操作/Gene manipulation of Mycoplasma (2016)
  • 著者名/発表者名: Isil TULUM, 木村賢太, 宮田真人
  • 学会等名: 日本マイコプラズマ学会第43回学術集会
  • 招待講演
• [図書] CSJレビュー26 分子マシンの科学 分子の動きとその機能を見る (2017)
  • 著者名/発表者名: 宮田 真人、南後 守、橋爪 章仁、原田 明（ほか28名）
  • 総ページ数: 182（14-21）
  • 出版者: 化学同人
  • ISBN: 978-4-7598-1386-9
• [図書] 最新マイコプラズマ学 (2016)
  • 著者名/発表者名: 神谷 茂, 泉川欣一, 賀来満男, 佐々木次雄, 難波成任, 宮田真人，大島 研郎，柿澤茂行，見理 剛，佐々木裕子，佐藤静雄，皿谷 健，柴田健一 郎，清水 隆，田中裕士，原澤 亮，堀野敦子，松田和洋，柳原 格，渡邉 秀裕（ほか37名)
  • 総ページ数: 259（19-24）
  • 出版者: 近代出版
  • ISBN: 978-4-87402-219-1
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: http://www.sci.osaka-cu.ac.jp/~miyata/index.html
• [備考] 新学術領域「運動マシナリー」ホームページ
  • URL: http://bunshi5.bio.nagoya-u.ac.jp/~mycmobile/index.php
• [備考] 新学術領域「運動マシナリー」による汎用3Dプリンターの生物学への応用 Facebook
  • URL: https://www.facebook.com/motility.machinery
• [備考] 新学術領域「運動マシナリー」総括班による先端的電子顕微鏡観察法の開発 Facebook
  • URL: https://www.facebook.com/freeze.fracture
• [備考] 運動マシナリー・ディスカッション Facebook
  • URL: https://www.facebook.com/mycmobile