Na^+/K^+トランスポーターの原核生物と植物における生理的機能と塩感受性

2002 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 13660088
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用微生物学・応用生物化学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 魚住 信之 名古屋大学, 生物分子応答研究センター, 助教授 (40223515)
• 研究期間 (年度): 2001 – 2002
• キーワード: 塩 / イオン輸送系 / シロイヌナズナ / HKT1 / トランスポーター / チャネル / K^+ / Na^+

研究概要

植物には3種類のK^+の取り込み系(Kチャネル,HKT系トランスポーター,KUP系トランスポーター)が存在している。本研究では、これらの輸送体の構造と機能を解析してK^+輸送系の解析を行い以下の様な結果となった。(1)AtHKT1 (HKT1 family)の膜貫通構造が4 x Membrane-Pore-Membraneを形成していることを明らかにした。(2)4つのイオン選択孔に存在するイオン選択性に重要な影響を与える残基が4カ所ともにGlyの時(小麦HKT1等の場合)は、K^+を輸送しSerの場合(AtHKT1等の場合)はK^+輸送活性がないことが分かった。このことは、Ktr/Trk/HKT系トランスポーターとK^+チャネルの構造の類似性を示しており、Ktr/Trk/HKT系トランスポーターが単独MPM-K^+チャネルから進化して形成されたことを強く示している。(3)K^+チャネル(KAT1)の小胞体膜に挿入される粗過程を明らかにした。親水性膜貫通領域はpost-translationalに小胞体膜に挿入されることを示した。2つの膜貫通領域が同時に挿入される様式であることが分かった。これはまだ知られていない新規の挿入機構である。(4)細菌Na^+/H^+ antiporterの膜貫通領域に存在するAspはH^+の透過には関与するがNa^+の透過には関与しないことを示した。(5)AtHKT1は維管束系に発現していた。(6)AtHKT1は地上部の師管細胞に発現し、師管にNa^+を積み下ろす役割をもつことを示した。(7)藍藻(Synechocystis PCC6803)のHKT系輸送体のK^+取り込み活性が測定され、さらにNa^+によってK^+輸送活性が活性化されることがK^+取り込み系欠損およびNa^+感受性の大腸菌変異株を用いた発現系で解析したところ分かった。

研究成果

• [文献書誌] Sato et al.: "Integration of Shaker-type K^+ channel, KAT1 into the endoplasmic reticulum membrane : Synergistic insertion of voltage sensing segments, S3-S4 and independent insertion of pore-forming segments, S5-P-S6"Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 99. 60-65 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Sato et al.: "Molecular dissection of the contribution of negatively and positively charged residues in S2, S3, and S4 to the final membrane topology of the voltage sensor in the K^+ channel, KAT1"J. Biol. Chem.. 278. 13227-13234 (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Maser et al.: "Glycine residues in potassium channel-like selectivity filters determine potassium selectivity in four-loop-per-subunit HKT transporters from plants"Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 99. 6428-6433 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Maser et al.: "Altered shoot/root Na^+ distribution and bifurcating salt sensitivity in Arabidopsis by genetic disruption of the Na^+ transporter AtHK1"FEBS Letters. 531. 157-161 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Kato et al.: "Evidence in support of four transmembrane-pore-transmembrane topology model for the Arabidopsis thaliana Na^+/K^+ translocating AtHKT1 protein, a member of the superfamily of K^+ transporters"Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 98. 6488-6493 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Nakamura et al.: "Residue aspartate-147 from the third transmembrane region of Na^+/H^+ antiporter NhaB of Vibrio aliginolyticus plays a role in its activity"J. Bacteriol.. 183. 5762-5767 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Uozumi: "E-coli as an expression system for K^+ transport systems from plants"Am. J. Physiol. (総説). C733-C739 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Uozumi: "E-coli as an expression system for K^+ transport systems from plants"Am. J. Physiol (総説). C733-C739 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Kato,Y., Sakaguchi,M., Mori Y., Saito,K., Nakamura,T., Bakker,E.P., Sato,Y., Goshima,S. and Uozumi,N.: "Evidence in support of a four transmembrane-pore-transmembrane topology model for the Arabidopsis thaliana Na^+/K^+ translocating AtHKTl protein, a member of the superfamily of K^+ transporters"Proc.Natl.Acad.Sci.USA.. 98. 6488-6493 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Uozumi,N.: "E. coli as an expression system for K^+ transport systems from plants"Am.J.Physiol. 281. C733-C739 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Nakamura,T., Fujisaki,Y., Enomoto,H., Nakayama,Y., Takabe,T., Yamaguchi,N., and Uozumi,N.: "Residue aspartate-147 from the third transmembrane region of Na^+/H^+ antiporter NhaB of Vibrio aliginolyticus plays a role in its activity"J.Bacteriol.. 183. 5762-5767 (2001)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Sato,Y., Sakaguchi,M., Goshima,S., Nakamura,T., and Uozumi,N.: "Integration of Shaker-type K^+ channel, KATl into the endoplasmic reticulum membrane : Synergistic insertion of voltage sensing segments, S3-S4 and independent insertion of pore-forming segments, S5-P-S6"Proc.Natl.Acad.Sci.USA.. 99. 60-65 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Maser,P., Hosoo,Y., Goshima,S., Horie,T., Eckelman B., Yamada,K., Yoshida,K., Bakker,EP., Shinmyo,A., Oiki,S., Schroeder,J.I., and Uozumi,N.: "Glycine residues in potassium channel-like selectivity filters determine potassium selectivity in four-loop-per-subunit HKT transporters from plants."Proc.Natl.Acad.Sci.USA.. 99. 6428-6433 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Imai,K., Iida,T., Takano,Y., and Uozumi,N.: "Membrane-bound heparin binding proteins from HL-60 cells purified in a 2-step affinity chromatography differentially eluted with divalent cations"J.Chromatography B. 780. 1-12 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Maser,P., Eckelman,B., Vaidyanathan,R., Fairbain,D.J., Kubo,M., Yamagami,M., Yamaguchi,K., Nishimura,M., Uozumi,N., Robertsin,W., Sussman,M.R., and Schroeder,J.I.: "Altered shoot/root Na^+ distribution and bifurcating salt sensitivity in Arabidopsis by genetic disruption of the Na^+ transporter AtHKTl"FEBS Letters. 531. 157-161 (2002)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Sato,Y., Hosoo,Y., Sakaguchi,M., and Uozumi,N.: "(2003) Requirement of negative residues, Asp 95 and Asp 105, in S2 on channel function and membrane integration of voltage-dependent K^+ channel, KATl"Biosci.Biotech.Biochem.. 67. 923-926 (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Sato,Y., Sakaguchi,M., Goshima,S., Nakamura,T., and Uozumi,N.: "Molecular dissection of the contribution of negatively and positively charged residues in S2, S3, and S4 to the final membrane topology of the voltage sensor in the K^+ channel, KATl"J.Biol.Chem.. 278. 13227-13234 (2003)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より