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本研究課題は、計算機と生化学実験を用いて合理的にATPをエネルギー源として駆動する回転モータータンパク質F1-ATPaseを改造することにより、その動作原理を明らかにすることを目的とする。F1-ATPaseは、交互に並んだαおよびβサブユニットの６量体リングと、その中心のγサブユニットから成る。３つのβサブユニットが協同しながら順番にATPと結合・加水分解を行うことにより構造を大きく変化させ、γサブユニットを回転させている。αおよびβサブユニットは配列および構造が良く似ており、どちらもP-loop (GxxxxGKT/S)と呼ばれるリン酸結合部位を持つが、βサブユニットはATPを加水分解してOpen-Closedの構造変化を示すのに対し、αサブユニットはATPを結合するのみでClosedのままである。βサブユニット構造中に、ATP加水分解とそれに伴う構造変化の仕組みはどのように組み込まれているのだろうか？αおよびβサブユニットの結晶構造を比較することにより、P-loopのxxxxに対応する残基の違いが構造変化に重要なのではないかと考え、当該年度も引き続き、βのP-loopにおいてそれらの残基をαのものに変異したときの構造変化能に及ぼす影響を、分子動力学シミュレーション、１分子回転計測実験、X線結晶構造解析等を用いて調べた。特に、当該年度は、実験的にβサブユニットの構造変化を検出するために様々な方法を検討し、最終的に、X線結晶構造解析を試み、結晶とその回折データを得ることに成功した。また、昨年度に引き続き、分子動力学シミュレーション結果を詳細に解析することにより、どの変異がどのような相互作用によってP-loop構造に影響を及ぼしているのかを残基単位で検証した。これら本研究の結果、βサブユニットのP-loopに組み込まれている構造変化の仕組みを解明した。
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