膜タンパク質のオルガネラ標的化とトポロジー形成の分子機構

2004 年度 研究成果報告書概要

• 研究課題/領域番号: 14380294
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 構造生物化学
• 研究機関: 兵庫県立大学 (2004); 九州大学 (2002-2003)
• 研究代表者: 阪口 雅郎 兵庫県立大学, 大学院・生命理学研究科, 教授 (30205736)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2004
• キーワード: 生体膜 / オルガネラ / 膜タンパク質 / トポロジー / シグナル配列 / 生合成

研究概要

本研究では、これまでに明らかにした小胞体への膜タンパク質の組み込み様式をもとに、いくつかの代表的なマルチスパン膜蛋白質のすべての膜貫通セグメントの膜内配置機構を徹底的に解析した。アミノ末端側を膜透過させる1型シグナルアンカー配列が、予想外に長いドメインを膜透過できることを明らかにし、その際に、燐酸高エネルギー化合物や小胞体内腔の熱ショックタンパク質(hsp70,BiP)は関与せず、リボソームが膜透過自体に寄与し、膜透過の駆動力が初期段階とその後の連続的段階とで異なることを明らかにした。また、われわれが明らかにしてきた「内在性シグナルアンカー配列による他律的な低疎水性セグメントの膜組み込みモデル」を支持する、新たな事例を見出した。並行して、疎水性度の高い膜蛋白質が小胞体への標的化を回避し、ミトコンドリアやペルオキシソームなどの分泌経路以外のオルガネラに標的化するためのシグナル配列を解析し、膜蛋白質に特化したミトコンドリア標的化シグナルを明らかにした。このシグナルは小胞体への合成に共役した標的化を抑制し、ミトコンドリアへの合成後の輸入を実現するものであった。さらに、ミトコンドリア外膜の膜貫通蛋白質TOM22のトポロジー形成シグナルを明らかにした。またミトコンドリア蛋白質膜透過チャネルを形成するTOM40の大量発現、精製、再生系を確立し、低分子透過活性のあること、ミトコンドリアシグナルを認識し、分子の奥深くにそれを収納することを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] The N-terminal region of the transmembrane domain of human erythrocyte band 3 : Residues critical for membrane insertion and transport activity (2005)
  • 著者名/発表者名: Kanki, T., et al.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 278 ページ: 5564-5573
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Switching the sorting mode of membrane proteins from co-translational ER targeting to post-translational mitochondrial import (2005)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki, E.et al.
  • 雑誌名: Mol.Biol.Cell 16 ページ: 1788-1799
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Switching the sorting mode of membrane proteins from co-translational ER targeting to post-translational mitochondrial import (2005)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki, E., Kida, Y., Mihara, K., Sakaguchi, M.
  • 雑誌名: Mol.Biol.Cell 16 ページ: 1788-1799
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] 1型シグナルアンカー配列による膜トポロジー形成の研究 (2004)
  • 著者名/発表者名: 阪口 雅郎 ら
  • 雑誌名: 蛋白質核酸酵素 49 ページ: 899-902
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Targeting and assembly of rat mitochondrial translocase of outer membrane 22 (TOM22) into the TOM complex (2004)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, Y.et al.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279 ページ: 21223-21232
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Membrane-embedded C-terminal segment of rat mitochondrial TOM40 constitutes protein-conducting pore with enriched b-structure (2004)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, H.et al.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279 ページ: 50619-50629
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Topogenesis of NHE 1 (2004)
  • 著者名/発表者名: Sato, Y.et al.
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Commun. 324 ページ: 2871-287
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Topogenesis of NHE1 : direct insertion of the membrane loop and sequestration of cryptic glycosylation and processing sites just after TM9 (2004)
  • 著者名/発表者名: Sato, Y., Ariyoshi, N., Mihara, K., Sakaguchi, M.
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Commun. 324 ページ: 281-287
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Membrane-embedded C-terminal segment of rat mitochondrial TOM40 constitutes protein-conducting pore with enriched b-structure (2004)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, H., Kadowaki, T., Maeda, M., Sasaki, H., Nabekura, J., Sakaguchi, M., Mihara, K.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279 ページ: 50619-50629
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Targeting and assembly of rat mitochondrial translocase of outer membrane 22(TOM22) into the TOM complex (2004)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, Y., Suzuki, H., Sakaguchi, M., Mihara, K.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279 ページ: 21223-21232
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Targeting and assembly of mitochondrial tail-anchored protein Tom5 to the TOM complex depend on a signal distinct from that of tail-anchored proteins dispersed in the membrane (2003)
  • 著者名/発表者名: Horie, C., et al.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 278 ページ: 41462-41471
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Topogenesis of two transmembrane type K+ channels, Kir 2.1 and Kcs A (2003)
  • 著者名/発表者名: Umigai, N., et al.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 278 ページ: 40373-40384
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 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 (2003)
  • 著者名/発表者名: Sato, Y., et al.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 278 ページ: 13227-13234
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Requirement of negative residues, Asp 95 and Asp 105, in S2 on membrane integration of a voltage-dependent K+ channel, KAT1 (2003)
  • 著者名/発表者名: Sato, Y., et al.
  • 雑誌名: Biosci.Biotechnol.Biochem. 67 ページ: 923-926
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Targeting and assembly of mitochondrial tail-anchored protein Tom5 to the TOM complex depend on a signal distinct from that of tail-anchored proteins dispersed in the membrane (2003)
  • 著者名/発表者名: Horie, C., Suzuki, H., Sakaguchi, M., Mihara, K.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 278 ページ: 41462-41471
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Topogenesis of two transmembrane type K+ channels, Kir 2.1 and KcsA (2003)
  • 著者名/発表者名: Umigai, N., Sato, Y., Mizutani, A., Utsumi, T., Sakaguchi, M., Uozumi, N.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 278 ページ: 40373-40384
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] 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 (2003)
  • 著者名/発表者名: Sato, Y., Sakaguchi, M., Goshima, S., Nakamura, T., Uozumi, N.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 278 ページ: 13227-13234
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The N-terminal region of the transmembrane domain of human erythrocyte band 3 : Residues critical for membrane insertion and transport activity. (2003)
  • 著者名/発表者名: Kanki, T., Young, M.T., Sakaguchi, M., Hamasaki, N., Tanner, M.J.A.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 278 ページ: 5564-5573
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Requierment of negative residues, Asp 95 and Asp 105, in S2 on membrane integration of a voltage-dependent K+ channel, KAT1 (2003)
  • 著者名/発表者名: Sato, Y., Hosoo, Y., Sakaguchi, M., Uozumi, N.
  • 雑誌名: Biosci.Biotechnol.Biochem. 67 ページ: 923-926
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The tenth membrane region of band 3 is initially exposed to the luminal side of the endoplasmic reticulum and then integrated into a partially folded band 3 intermediate (2002)
  • 著者名/発表者名: Kanki, T., et al.
  • 雑誌名: Biochemistry 41 ページ: 13973-13981
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Autonomous and Heteronomous Positioning of Transmembrane Segments in Multispanning Membrane Protein. (Mini Review) (2002)
  • 著者名/発表者名: Sakaguchi, M.
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Commun 296 ページ: 1-4
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Characterization of the signal that directs the C-tail anchored proteins to the mammalian mitochondrial outer membrane (2002)
  • 著者名/発表者名: Horie, C., et al.
  • 雑誌名: Mol.Biol.Cell 13 ページ: 1615-1625
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Membrane topogenesis of the three amino-terminal transmembrane segments of glucose-6-phosphatase on endoplasmic reticulum (2002)
  • 著者名/発表者名: Ukaji, K., et al.
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Commun 292 ページ: 153-160
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Integration of Shaker-typeK+ 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 (2002)
  • 著者名/発表者名: Sato, Y., et al.
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci.USA 99 ページ: 60-65
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 膜タンパク質のトポジェネシス-細胞内配置と膜内構造構築の研究 (2002)
  • 著者名/発表者名: 阪口雅郎
  • 雑誌名: 実験医学 20 ページ: 2068-2074
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 生体膜タンパク質の膜内構造形成 (2002)
  • 著者名/発表者名: 阪口雅郎
  • 雑誌名: 表面 20 ページ: 55-62
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] タンパク質の立体構造形成 (2002)
  • 著者名/発表者名: 阪口雅郎
  • 雑誌名: パリティ 17 ページ: 52-54
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] ミトコンドリア外膜における物質輸送系 (2002)
  • 著者名/発表者名: 阪口雅郎
  • 雑誌名: 日本臨床増刊 ページ: 59-63
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The tenth membrane region of band 3 is initially exposed to the luminal side of the endoplasmic reticulum and then integrated into a partially folded band 3 intermediate. (2002)
  • 著者名/発表者名: Kanki, T., Sakaguchi, M., Kitamura, A., Sato, T., Mihara, K., Hamasaki, N.
  • 雑誌名: Biochemistry 41 ページ: 13973-13981
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Autonomous and Heteronomous Positioning of Transmembrane Segments in Multispanning Membrane Protein. (Mini Review) (2002)
  • 著者名/発表者名: Sakaguchi, M.
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Commun. 296 ページ: 1-4
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Characterization of the signal that directs the C-tail anchored proteins to the mammalian mitochondrial outer membrane. (2002)
  • 著者名/発表者名: Horie, C., Suzuki, H., Sakaguchi, M., Mihara, K.
  • 雑誌名: Mol.Biol.Cell 13 ページ: 1615-1625
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Membrane topogenesis of the three amino-terminal transmembrane segments of glucose-6-phosphatase on endoplasmic reticulum. (2002)
  • 著者名/発表者名: Ukaji, K., Ariyoshi, N., Sakaguchi, M., Hamasaki, N., Mihara, K.
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Commun. 292 ページ: 153-160
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Integration of Shaker-typeK+ 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. (2002)
  • 著者名/発表者名: Sato, Y., Sakaguchi, M., Goshima, S., Nakamura, T., Uozumi, N.
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci.USA 99 ページ: 60-65
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より