シンクロトロン放射光による生物マシーナリーの構造生物学

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 10188101
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 田之倉 優 東京大学, 大学院・農学生命科学研究科, 教授 (60136786)
• 研究分担者: 月原 冨武 大阪大学, 蛋白質研究所, 教授 (00032277) ; 三浦 謹一郎 学習院大学, 理学部, 教授 (30000227) ; 江橋 節郎 岡崎国立共同研究機構, 生理研, 名誉教授 (10009863) ; 田中 勲 北海道大学, 大学院・理学研究科, 教授 (70093052) ; 三木 邦夫 京都大学, 大学院・理学研究科, 教授 (10116105)
• キーワード: 生物マシーナリー / シンクロトロン放射光 / 構造生物学 / X線結晶構造解析 / 生体高分子複合体 / 生体高分子集合系 / 膜タンパク質

研究概要

生体高分子(蛋白質、核酸等)の複合体で、"生きている状態"を演出する最小限の機能(ポリペプチド鎖の合成、特定の有機物質の分解代謝、プロトンの汲み出し、等々)を担っているような機能単位を「生物マシーナリー」と呼ぶ。驚くべきことに、多くの「生物マシーナリー」は、その巨大さ(分子量が数十万から数百万)にもかかわらず、結晶として取り出すことが出来る。そして、今やシンクロトロン放射光の利用を初めとする数々の技術革新のおかげで、蛋白質結晶学(生体高分子のX線結晶構造解析の技術)は一時代前よりもはるかに強力になっており、まるごとの「生物マシーナリー」の立体構造を原子のレベルで解明することが十分可能となってきている。実際、我国からも先駆的な業績がいくつも上がっている。しかし、シンクロトロン放射光を利用した新しい蛋白質結晶学に関しては、技術的に特に優位にあるにもかかわらず、我国のこの分野への寄与は、いまのところ、甚だ不十分である。そこで、本特定領域の設定によって、生化学者、分子生物学者と結晶学者との交流の場(フォーラム)を設定し、両者間の共同作業を飛躍的に推進すると同時に、これらの全ての多彩な研究者達によるシンクロトロン放射光の活用が飛躍的に容易となるような状況を作り出したい。
生物マシーナリーの実態は生体高分子群の複合体(複合体型)または集合(集合系型)である。集合系型マシーナリーを構成する生体高分子群は、一見したところでは互いに孤立していながら、遺伝子レベルand/or蛋白質レベルで、系統的な制御を受けている。本領域では、シンクロトロン放射光を活用した最新のX線結晶構造解析の技術を駆使して、複合体型マシーナリーの立体構造を丸ごと原子のレベルで解明したり、集合系型マシーナリーを構成する生体高分子群の立体構造を一網打尽に解明することを目指す。本総括班では、これらの研究活動全体の統括を行った。

研究成果

• [文献書誌] Sakai, N., Yao, N'I., Itou, H., Watanabe, N., Yumoto, F., Tanokura, M., Tanaka, I.: "The three-dimensional structure of septum site-determining protein MinD from Pyrococcus horikoshii OT3 in complex with Mg-ADP"Structure. 9・9. 817-826 (2001)
• [文献書誌] Yumoto, F., Nara, M., Kagi, H., Iwasaki, W., Ojima, T., Nishita, K., Nagata, K., Tanokura, M.: "Coordination structures of Ca^<2+> and Mg^<2+>in Akazara scallop troponin C in solution : FTIR spectroscopy of side-chain COO^-Groups"European Journal of Biochemistry. 268. 6284-6290 (2001)
• [文献書誌] Tanaka, S., Ataka, M., Kubota, T., Soga, T., Homma, K., Lee, W.C., Tanokura, M.: "The effect of amphiphillic additives on the growth and morphology of Aspergillus niger acid proteinase A crystals"Journal of Crystal Growth. 234. 247-254 (2002)
• [文献書誌] Kato, Y., Ito, M., Kawai, K., Nagata, K., Tanokura, M.: "Determinants of ligand specificity in groups I and IV WW domains as studied by surface plasmon resonance and model building"Journal of Biological Chemistry. 277(in press). (2002)