Na+/H+アンチポーターの構造・作動機構と制御の生物多様性と統一性

2005 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 13142207
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 金澤 浩 大阪大学, 理学研究科, 教授 (50116448)
• 研究分担者: 福山 恵一 大阪大学, 理学研究科, 教授 (80032283) ; 三井 慶治 大阪大学, 理学研究科, 助手 (60379279) ; 松下 昌史 大阪大学, 理学研究科, 助手 (50403100) ; 中村 徳弘 大阪大学, 理学研究科, 助手 (90324748) ; 井上 弘樹 大阪大学, 理学研究科, 助手 (10294448)
• 研究期間 (年度): 2001 – 2005
• キーワード: 細胞内イオン環境 / Na+ / H+交換輸送蛋白質 / pH調節 / 耐塩性 / 能動輸送機構 / 膜蛋白質構造 / 膜蛋白質細胞内局在化機構 / 分子遺伝学的方法

研究概要

細胞内のpH,Na^+,浸透圧の制御は、生命維持の基本的要件である。このイオンや浸透圧の細胞内量の制御は、細胞質膜や細胞内小胞膜に存在するNa^+/H^+交換輸送蛋白質(NhaAまたはNHE)によって行われている。この膜輸送蛋白質のナノマシーンとしての構造と作動機構、細胞内局在機構を含む制御のしくみを、細菌細胞、酵母細胞、さらにほ乳類細胞を対象として相互に比較しながら明らかにすることを目的とした。その結果つぎのような主たる成果を得た。(1)ピロリ菌のNhaAのイオン輸送に必至な膜貫通ドメインおよびイオンの結合に関与するアミノ酸残基を見出し、それぞれの膜内の空間的配置状況とりわけ親水的環境の状況をしらべ、膜中のイオン輸送路とゲート構造について初めてその様相を理解する手がかりを得た。さらに、イオン輸送にともなうNhaAの構造変化を観測する新たな実験系を構築した。(2)酵母のNha1pの機能発現に必要な残基を明らかにし、ほ乳類NHEと見かけ上同様な様相をもつC末端側の親水性ドメインの機能を詳細に解析した。その結果C末端の親水性ドメインの内、膜ドメインに近い16残基はこの蛋白質の細胞膜への局在化に必要であること、またこれに隣接する38残基にはCos3Pと呼ぶ新規蛋白質が結合し、イオン輸送機能を亢進することを示した。(3)ほ乳類のN HEについては、新規のアイソフォーム8と9を発見し、これらを含むNHE6-9は細胞内の異なる小胞に存在し、K^+/H^+交換輸送体として機能し、小胞内のpHを制御することを初めて示した。私たちが発見したNHEに結合するCHPにっいて結晶構造を明らかにするとともに、NHEの細胞膜への局在化に重要な役割をもっことを発見した。さらにこの蛋白質の多様な機能として蛋白質キナーゼDRAK2,KINESIN KIFIBβへの結合とその制御などを初めて見出した。以上の成果はNa^+/H^+交換輸送ナノマシンの構造・機能相関の理解を飛躍的すすめ、種間で見られるNa^+/H^+交換輸送蛋白質の多様性と統一性理解に大きな貢献をするものと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Nuclear localization of the serine/threonine kinase DRAK2 is required for UV induced apoptosis. (2006)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kuwahara
  • 雑誌名: Biol.Pharm.Bullt. 29 ページ: 225-233
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Nuclear localization of the serine/threonine kinase DRAK2 is required for UV induced apoptosis (2006)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kuwahara, Norihiro Nakamura, Hiroshi Kanazawa
  • 雑誌名: Biol. Pharm. Bullt. 29 ページ: 225-233
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Four Na^+/H^+ exchanger isoforms are distributed to Golgi and post-Golgi compartments and are involved in organelle pH regulation. (2005)
  • 著者名/発表者名: Norihiro Nakamura
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280 ページ: 1561-1572
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Characterization of the ion transport activity of budding yeast Na^+/H^+ antiporter, Nha1p, on the secretory vesicles (2005)
  • 著者名/発表者名: Ryuichi Ohgaki
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Act Biomembrane 1712 ページ: 185-196
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Structural Characterization of Calcineurin B Homologous Protein 1 (2005)
  • 著者名/発表者名: Youichi Naoe
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280 ページ: 32372-32378
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Detection of an oligomer formation and conformational change of Na^+/H^+ antiporter from Helicobacter pylori by fluorescence resonance energy transfer analysis (2005)
  • 著者名/発表者名: Akira Karasawa
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280 ページ: 41900-41911
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Oligomerization of the Saccharomyces cerevisiae Na^+/H^+ antiporter Nha1p : Implications for its antiporter activity (2005)
  • 著者名/発表者名: Keiji Mitsui
  • 雑誌名: Biophys Biochim Act.Biomembrane 1720 ページ: 125-136
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Four Na^+/H^+ exchanger isoforms are distributed to Golgi and post-Golgi compartments andare involved in organelle pH regulation (2005)
  • 著者名/発表者名: Norihiro Nakamura, Shingo Tanaka, Yoshinori Teko, Hiroshi Kanazawa
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 280 ページ: 1561-1572
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Characterization of the ion transport activity of budding yeast Na^+/H^+ antiporter, Nha1p, on the secretory vesicles (2005)
  • 著者名/発表者名: Ryuichi Ohgaki, Norihiro Nakamura, Keiji Mitsui, Hiroshi Kanazawa
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Act Biomembrane 1712 ページ: 185-196
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Structural Characterization of Calcineurin B Homologous Protein 1 (2005)
  • 著者名/発表者名: Youichi Naoe, Kyouhei Arita, Hiroshi Hashimoto, Hiroshi Kanazawa, Mamoru Sato, Toshiyuki Shimizu
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 280 ページ: 32372-32378
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Detection of an oligomer formation and conformational change of Na^+/H^+ antiporter from Helicobacter pylori by fluorescence resonance energy transfer analysis (2005)
  • 著者名/発表者名: Akira Karasawa, Yumi Tsuboi, Hiroki Inoue, Rie Kinoshita, Norihiro Nakamura, Hiroshi Kanazawa
  • 雑誌名: J. Biol Cem. 280 ページ: 41900-41911
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Oligomerization of the Saccharomyces cerevisiae Na^+/H^+ antiporter Nha1p : Implications for its antiporter activity (2005)
  • 著者名/発表者名: Keiji Mitsui, Hidetomo Yasui, Norihiro Nakamura, Hiroshi Kanazawa
  • 雑誌名: Biophys Biochim Act. Biomembrane 1720 ページ: 125-136
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A novel kinesin-like protein, KIF1B□3, is involved in the movement of lysosomes to the cell periphery in non-neuronal cells (2004)
  • 著者名/発表者名: Masafumi Matsushita
  • 雑誌名: Traffic 5 ページ: 140-151
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A conserved domain in the tail region of the Saccharomyces cerevisiae Na^+/H^+ antiporter (Nha1p) plays important roles in localization and salinity- resistant cell-growth (2004)
  • 著者名/発表者名: Keiji Mitsui
  • 雑誌名: J.Biochem. 135 ページ: 139-148
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A novel membrane protein capable of binding the Na^+/H^+ antiporter (Nha1p) enhances the salinity-resistant cell growth of Saccharomyces cerevisiae (2004)
  • 著者名/発表者名: Keiji Mitsui
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279 ページ: 12438-12447
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The Fourth Transmembrane Segment of Helicobacter pylori Na^+/H^+ Antiporter NhaA Faces a Water-filled Channel Required for Ion Transport (2004)
  • 著者名/発表者名: Naoyuki Kuwabara
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279 ページ: 40567-40575
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A novel kinesin-like protein, KIF1B□3, is involved in the movement of lysosomes to the cell periphery in non-neuronal cells (2004)
  • 著者名/発表者名: Masafumi Matsushita, Shingo Tanaka, Norihiro Nakamura, Hiroki Inoue, Hiroshi Kanazawa
  • 雑誌名: Traffic 5 ページ: 140-151
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A conserved domain in the tail region of the Saccharomyces cerevisiae Na^+/H^+ antiporter (Nhalp) plays important roles in localization and salinity-resistant cell-growth (2004)
  • 著者名/発表者名: Keiji Mitsui, Shinya Kamauchi, Norihiro Nakamura, Hiroki Inoue, Hiroshi Kanazawa
  • 雑誌名: J. Biol. chem. 135 ページ: 139-148
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A novel membrane protein capable of binding the Na^+/H^+ antiporter (Nha1p) enhances the salinity-resistant cell growth of Saccharomyces cerevisiae (2004)
  • 著者名/発表者名: Keiji Mitsui, Fumihiro Ochi, Norihiro Nakamura, Yoshihide Doi, Hiroki Inoue, Hiroshi Kanazawa
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 279 ページ: 12438-12447
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The Fourth Transmembrane Segment of Helicobacter pylori Na^+/H^+ Antiporter NhaA Faces a Water-filled Channel Required for Ion Transport (2004)
  • 著者名/発表者名: Naoyuki Kuwabara, Hiroki Inoue, Yumi Tsuboi, Norihiro Nakamura, Hiroshi Kanazawa
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 279 ページ: 40567-40575
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Calcineurin homologous protein isoform 2 (CHP2), Na+/H+ exchangers- biding protein, is expressed in intestinal epithelium (2003)
  • 著者名/発表者名: H.Inoue, Y.
  • 雑誌名: Bull.Pharm.Bull. 26 ページ: 148-155
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Identification of membrane domains of Na^+/H^+ antiporter (NhaA) from Helicobacter pylori required for ion transport and pH sensing (2003)
  • 著者名/発表者名: Yumi Tsuboi
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 278 ページ: 21467-21473
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The apoptosis-inducing protein kinase DRAK2 is inhibited in a calcium-dependent manner by the calcium-binding protein CHP. (2003)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kuwahara
  • 雑誌名: J.Biochem. 278 ページ: 245-250
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Two nuclear export signals specify the cytoplasmic localization of calcineurin B homologous protein 1 (2003)
  • 著者名/発表者名: Mana Nagita
  • 雑誌名: J.Biochem. 134 ページ: 919-925
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Calcineurin homologous protein isoform 2 (CHP2), Na+/H+ exchangers-biding protein, is expressed in intestinal epithelium (2003)
  • 著者名/発表者名: H.Inoue, Y.Nakamura, M.Nagita, T.Takai, M.Masuda, N.Nakamura, H.Kanazawa
  • 雑誌名: Bull. Pharm. Bull. 26 ページ: 148-155
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Identification of membrane domains of Na^+/H^+ antiporter (NhaA) from Helicobacter pylorirequired for ion transport and pH sensing (2003)
  • 著者名/発表者名: Yumi Tsuboi, Hiroki Inoue, Norihiro Nakamuara, Hiroshi Kanazawa
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 278 ページ: 21467-21473
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The apoptosis-inducing protein kinase DRAK2 is inhibited in a calcium-dependent manner by the calcium-binding protein CHP (2003)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kuwahara, Junichi Kamei, Norihiro Nakamura, Miho Matsumoto, Hiroki Inoue, Hiroshi Kanazawa
  • 雑誌名: J. Biochem. 134 ページ: 245-250
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Two nuclear export signals specify the cytoplasmic localization of calcineurin B homologous protein 1 (2003)
  • 著者名/発表者名: Mana Nagita, Hiroki Inoue, Norihiro Nakamura, Hiroshi Kanazawa
  • 雑誌名: J. Biochem. 134 ページ: 919-925
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Structurally and functionally conserved domains in the diverse hydrophilic carboxy-terminal halves of various yeast and fungal Na^+/H^+ antiporters (Nha1p) (2002)
  • 著者名/発表者名: Kamauchi, S.
  • 雑誌名: J.Biochem. 131 ページ: 821-831
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Network of Protein Protein Interactions among Iron-Sulfur Cluster Assembly Proteins in Escherichia coli (2002)
  • 著者名/発表者名: U.Tokumoto, S.
  • 雑誌名: J.Biochem. 131 ページ: 713-719
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] KIF1Bb2, capable of interacting with CHP, is localized ti synaptic vesicles (2002)
  • 著者名/発表者名: N.Nakamura, Y.
  • 雑誌名: J.Biochem. 132 ページ: 483-491
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Structurally and functionally conserved domains in the diverse hydrophilic carboxy-terminal halves of various yeast and fungal Na+/H+ antiporters (Nhalp) (2002)
  • 著者名/発表者名: Kamauchi S., Mitsui, K., Ujike, S., Haga, M., Nakamura, N., Inoue, H., Sakajo, S., Ueda, M., Tanaka, A., Kanazawa, H.
  • 雑誌名: J. Biochem. 131 ページ: 821-831
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Network of Protein Protein Interactions among Iron-Sulfur Cluster Assembly Proteins in Escherichia coli (2002)
  • 著者名/発表者名: U.Tokumoto, S.Nomura, Y.Minami, H.Mihara, S.Kato, T.Kurihara, N.Esaki, H.Kanazawa, H.Matsubara, Y.Takahashi
  • 雑誌名: J. Biochem. 131 ページ: 713-719
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] KIF1Bb2, capable of interacting with CHP, is localized ti synaptic Vesicles (2002)
  • 著者名/発表者名: N.Nakamura, Y.Miyake, M.Matsushita, S.Tanaka, H.Inoue, H.Kanazawa
  • 雑誌名: J. Biochem. 132 ページ: 483-491
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Chimeric Na^+/H^+ antiporters of NhaA from Helicobacter pylori and Escherichia coli : Implications for domains of NhaA for pH sensing (2001)
  • 著者名/発表者名: Inoue, H., Tsuboi, Y.
  • 雑誌名: J.Biochem 129 ページ: 569-576
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The murine genome contains one functional gene and two Pseudogene coding for the 16 kDa proteolipid subunit of vacuolar H+-ATPase (2001)
  • 著者名/発表者名: Keiko Hayami
  • 雑誌名: Gene 273 ページ: 199-206
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A serine/threonine kinase which causes apoptosis like cell death interacts with a calcineurin B like protein capable of binding Na+ / H+ exchanger 1 (2001)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, M.
  • 雑誌名: J.Biochem 130 ページ: 217-225
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Chimeric Na+/H+ antiporters of NhaA from Helicobacter pylori and Escherichia coli : Implications for domains of NhaA for pH sensing (2001)
  • 著者名/発表者名: Inoue, H., Tsuboi, Y., Kanazawa H.
  • 雑誌名: J. Biochem. 129 ページ: 569-576
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The murine genome contains one functional gene and two pseudogenes coding for the 16 kDa proteolipid subunit of vacuolar H+-ATPase (2001)
  • 著者名/発表者名: Keiko Hayami, Takato Noumi, Hiroki Inoue, Ge-Hong Sun-Wada, Takao Yoshimizu, Hiroshi Kanazawa
  • 雑誌名: Gene 273 ページ: 199-206
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] A serine/threonine kinase which causes apoptosis like cell death interacts with a calcineurin B like protein capable of binding Na+ / H+ exchanger 1 (2001)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, M., Miyake, Y., Nagita, M., Inoue, H., Shitakubo, D., Takemoto, K., Ohtsuka, C., Nakamura, N., Kanazawa, H.
  • 雑誌名: J. Biochem 130 ページ: 217-225
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より