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Lonプロテアーゼは、真核細胞のオルガネラや細菌の細胞質におけるプロテオリシスを担う、主要なATPase Associated with diverse cellular Activities（AAA＋）プロテアーゼである。当研究者は、これまでの研究から、Lonプロテアーゼが様々な分子メカニズムにより細胞内活性を制御すること、特に腸内細菌科細菌においては、ユニークな分子メカニズムにより、腸内外のレドックス環境変化に対応することを明らかにしている。本研究は、このようなLonプロテアーゼの分子メカニズムについて、その全貌を解明することを目的とした。
本研究の成果は以下の通りである。第一に、X線結晶構造解析により、基質タンパク質、ヌクレオチド、及び金属イオンが結合しない、アポ型Lonプロテアーゼの立体構造を決定した。この構造は、従来知られるLonの６量体リング構造と大きく異なっている。この結果は、別途実施した電子顕微鏡観察の結果と一致した。通常の細胞内においてLonが主にとる構造は、このアポ型の構造であると考えられる。第二に、X線小角散乱解析（SAXS）の結果に基づくab initioモデリングから、Lonの高次構造が、生理的条件の範囲内におけるマグネシウム、ヌクレオチド等の濃度変化により、アポ型構造と６量体リング構造の間で、可逆的に変化することを明らかにした。この結果は別途行なった超遠心分析の結果と一致する。第三に、Lonの活性が、レドックス、pH、マグネシウム、ヌクレオチド等により様々な制御を受けることを、酵素学的手法で詳細に解明した。第四に，細胞レベルの実験から，細胞内のLonの性状変化が、試験管内のそれと対応することを確認した。以上の結果から、Lonの細胞内活性が、ダイナミックな高次構造変化を通して、多層的・段階的に制御されることを示唆された。
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