H^+ーATP合成酵素等の機能制御におけるソフトな分子間相互作用

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 15083203
• 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: 阿久津 秀雄 大阪大学, 蛋白質研究所, 招聘教授 (60029965)
• 研究分担者: 八木 宏昌 大阪大学, 蛋白質研究所, 助教 (70332749) ; 藤原 敏道 大阪大学, 蛋白質研究所, 教授 (20242381)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2008
• キーワード: H^+-ATP合成酵素 / βサブユニット / 溶液NMR / 区分標識法 / cサブユニット / 固体高分解能NMR / 構造解析 / ソフトな相互作用

研究概要

われわれが生きていくために必須のエネルギーを生み出すH^+-ATP合成酵素は地球上最小の分子モーターであることが知られている。この酵素の回転触媒反応のメカニズムを核磁気共鳴法により立体構造を基に明らかにした。この酵素は多数のタンパク質単位(サブユニット)が集まってできている。回転の原因となる個々の単位の構造変化はATPとソフトな相互作用に始まり、サブユニット間のソフトな相互作用によって駆動されていることが明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] Stepwise propagation of the ATP-induced conformational change of the F1-ATPase b subunit revealed by NMR (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Yagi, N. Kajiwara, T. Iwabuchi, K. Izumi, M. Yoshida, and H. Akutsu
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 284 ページ: 2307-2319
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic inter-subunit interactions in thermophilic F_1-ATPase subcomplexes studied by cross-correlated relaxation-enhanced polarization transfer NMR (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, H. Yagi, T. Yamazaki, M. Yoshida and H. Akutsu
  • 雑誌名: J. Biomol. NMR 40 ページ: 165-174
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fluid Mechanical Matching of H^+-ATPsynthase Subunit c Ring with Lipid Membranes Revealed by ^2HSolid-State NMR (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, H. Yagi, T. Yamazaki, M. Yoshida and H. Akutsu
  • 雑誌名: Biophys. J. 94 ページ: 4339-4347
  • 査読あり
• [雑誌論文] A magic-angle-spinning NMR method for ^1H-^1H distance measurement using coherent polarization transfer in ^<13>C-labeled organic solids. (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Takahashi, H. Akutsu, and T. Fujiwara
  • 雑誌名: J. Chem. Phys. 129 ページ: 154504, 1-12
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional roles of heme architecture and it environment in tetraheme cytochrome c. (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Akutsu and Y. Takayama
  • 雑誌名: Accounts Chem. Res. 40 ページ: 171-178
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure of the light-harvesting bacteriochlorophyll c assembly in chlorosomes from chlorobium limicola determined by solid-state NMR (2007)
  • 著者名/発表者名: A. Egawa, T. Fujiwara, T. Mizoguchi, Y. Kakitani, Y. Koyama, and H. Akutsu
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104 ページ: 790-795
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spectral fitting for signal assignment and structural analysis of uniformly ^<13>C-labeled solid proteins by simulated annealing based on chemical shifts and spin dynamics (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsuki, H. Akutsu and T. Fujiwara
  • 雑誌名: J. Biomol. NMR 38 ページ: 325-339
• [雑誌論文] Structures of the thermophilic F_1-ATPase e subunit suggesting ATP-egulated arm motion of its C-terminal domain in F_1 (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Yagi, N. Kajiwara, H. Tanaka, T. Tsukihara, Y. Kato-Yamada, M. Yoshida and H. Akutsu
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 104 ページ: 11233-11238
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural analysis of pituitary adenylate cyclase-activating polypeptides bound to phospholipid membranes by magic spinning solid-state NMR (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Komi, K. Okawa, Y. Tateishi, M. Shirakawa, T. Fujiwara and H. Akutsu
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta 1768 ページ: 3001-3011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Assembly of a mixture of isomeric BCl c from Chlorobium limicola as determined by intermolecular ^<13>C-^<13>C dipolar correlations : Coexistence of dimer-based and pseudo-monomer-based stackings (2006)
  • 著者名/発表者名: Y. Kakitani, H. Nagae, T. Mizoguchi, A. Egawa, K. Akiba, T. Fujiwara, H. Akutsu and Y. Koyama
  • 雑誌名: Biochemistry 45 ページ: 7574-7584
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phosholipid-dependent regulatoin of cytochrome c_3-mediated electron transport across membranes. (2006)
  • 著者名/発表者名: S. -M. Kim, T. Yamamoto, Y. Todokoro, Y. Takayama, T. Fujiwara, J. -S. Park, and H. Akutsu
  • 雑誌名: Biophys., J. 90 ページ: 506-513
  • 査読あり
• [雑誌論文] A new solution structure of ATP synthase subunit c from thermophilic Bacillus PS3, suggesting a local conformational change for H^+-translocation. (2006)
  • 著者名/発表者名: T. Nakano, T. Ikegami, T. Suzuki, M. Yoshida, H. Akutsu
  • 雑誌名: J. Mol. Biol. 358 ページ: 132-144
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure of tightly membrane-bound mastoparan-X, a G-protein-activating peptide, deterumied by solid-state NMR (2006)
  • 著者名/発表者名: T. Todokoro, I. Yumen, K. Fukushima, S. -W. Kang, J. -S. Park, T. Kohno, K. Wakamatsu, H. Akutsu and T. Fujiwara
  • 雑誌名: Biophys. J. 91 ページ: 1368-1379
  • 査読あり
• [雑誌論文] Detection of peptide-phospholipid interaction sites in bilayer membranes by ^<13>C NMR spectroscopy : Observation of ^2H/^<31>P-selective ^1H-depolarization under magic-angle spinning. (2006)
  • 著者名/発表者名: E. Harada, Y. Todokoro, H. Akutsu and T. Fujiwara
  • 雑誌名: J. Amer. Chem. Soc. 128 ページ: 10654-10655
  • 査読あり
• [雑誌論文] Signal assignment and secondary structure analysis of a uniformly [^<13>C, ^<15>N]-labeled membrane protein, H^+-ATP aynthase subunit c, by magic-angle spinning solid-state NMR (2006)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, Y. Matsuki, I. Yumen, T. Fujiwara, and H. Akutsu
  • 雑誌名: J. Biomol. NMR 36 ページ: 279-293
  • 査読あり
• [雑誌論文] 3D Structure of amyloid protofilamens of β2-microglobulin fragment probed by solid-state NMR (2006)
  • 著者名/発表者名: K. Iwata, T. Fujiwara, Y. Matsuki, H. Akutsu, S. Takahashi, H. Naiki, and Y. Goto
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103 ページ: 18119-18124
• [雑誌論文] Precision ^1H-^1H distance measurement via ^<13>C NMR signals : Utilization of the ^1H-^1H double-quantum dipolar interactions recoupled under MAS conditions (2004)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsuki, H. Akutsu and T. Fujiwara
  • 雑誌名: Magn. Reson. Chem. 42 ページ: 291-300
  • 査読あり
• [雑誌論文] Signal assignments and chemical-shift structural analysis of uniformly ^<13>C, ^<15>N-labeled peptide, Mastoparan-X, by multidimensional solid-state NMR under magic-angle spinning (2004)
  • 著者名/発表者名: T. Fujiwara, Y. Todokoro, H. Yanagishita, M. Tawarayama, T. Kohno, K. Wakamatsu and H. Akutsu
  • 雑誌名: J. Biomol. NMR 28 ページ: 311-352
  • 査読あり
• [雑誌論文] A conformational change of H^+-ATPase b monomer revealed on segmental isotope labeling NMR spectroscopy (2004)
  • 著者名/発表者名: H. Yagi, T. Tsujimoto, T. Yamazaki, M. Yoshida, and H. Akutsu
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc. 126 ページ: 16632-16638
  • 査読あり
• [雑誌論文] Band-selective recoupling of homonuclear double-quantum dipolar interaction with a generalized composite 0 degrees pulse : application to ^<13>C aliphatic region-selective magnetization transfer in solids (2003)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsuki, H. Akutsu and T. Fujiwara
  • 雑誌名: J. Magn. Reson. 162 ページ: 54-66
  • 査読あり
• [学会発表] ATP-Binding Induces a New Conformation in H+-ATPase β Subunit Related to the Catalytically Activated State (2009)
  • 著者名/発表者名: H. Yagi, N. Kajiwara, K. Izumi, M. Yoshida,and H. Akutsu
  • 学会等名: "KEYSTONE SYMPOSIA" on Molecular and Cellular Biology
  • 発表場所: Santa Fe, New Mexico
  • 年月日: 20090215-20
• [学会発表] Soft interactions regulating proton-ATPsynthase (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Akutsu
  • 学会等名: Yokohama NMR International Symposium on Drug Discovery and Design by NMR
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 20081020-21
• [学会発表] Solid-state NMR Measurement of H^+-ATP Synthase Subunit c-Ring Reconstituted into Lipid Bilayers (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Todokoro, Ken. Tanaka, M. Kobayashi, T. Suzuki, M. Yoshida, T. Fujiwara, H. Akutsu
  • 学会等名: 23^<rd> International Conference on Magnetic Resonance in Biolodical Systems
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 20080824-29
• [学会発表] Molecular Mechanism of the Energy Transduction by H^+-ATP Synthase (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Akutsu
  • 学会等名: Second International Conference on "Theoretical and Applied Biophysics"
  • 発表場所: Ulaanbaatar and Nukht, Mongolia
  • 年月日: 2008-06-19
• [学会発表] Conformational analysis of βsubunit in 350 kDa F_1-ATPase subcomplex with solution NMR (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Kobayashi, H. Yagi, T. Yamazaki, M. Yoshida, and H. Akutsu
  • 学会等名: The 2^<nd> Asia-Pacific NMR Symposium
  • 発表場所: Hsinchu, Taiwan
  • 年月日: 20071012-14
• [図書] Structural analysis of membrane systems by solid-state NMR. "Chemistry, Physics, and Biology in Macromolecular Science" ed. T. Sato (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Todokoro, M. Kobayashi, T. Fujiwara and H. Akutsu
  • 総ページ数: 173-182
  • 出版者: Osaka University Press, Osaka
• [図書] Secondary Structure Analysis of Proteins from Angle Dependent Interactions Modern Magnetic Resonance, Ed. G. Webb, Vol. 1 (2007)
  • 著者名/発表者名: T. Fujiwara and H. Akutsu
  • 総ページ数: 731-736
  • 出版者: Springer Netherlands
• [図書] 固体高分解能NMR ; 「生命科学のための機器分析ハンドブック」西村善文編 (2007)
  • 著者名/発表者名: 阿久津秀雄、藤原敏道
  • 総ページ数: 157-162
  • 出版者: 羊土社
• [図書] H^+-ATP合成酵素F_1の回転駆動力 ; 「生命秩序を担う生体超分子」阿久津秀雄、月原冨武、嶋田一夫編 ; 蛋白質核酸酵素増刊50巻10号 (2005)
  • 著者名/発表者名: 八木宏昌、阿久津秀雄
  • 総ページ数: 1160-1165
• [図書] 核磁気共鳴法(NMR)によるリポソーム系の研究 ; 「リポソーム応用の新展開」秋吉、辻井監修 (2005)
  • 著者名/発表者名: 阿久津秀雄
  • 総ページ数: 90-99
  • 出版者: NTS
• [図書] 第2章「化学シフト」11-25、第5章「核スピン緩和」45-61 ; 「NMR分光法-原理から応用まで-」(日本分光学会測定法シリーズ41)阿久津秀雄・嶋田一夫・鈴木栄一郎・西村善文編 (2003)
  • 著者名/発表者名: 阿久津秀雄
  • 出版者: 学会出版センター
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: http://www.protein.osaka-u.ac.jp/biophys/priority/index.html