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2017 年度 実績報告書

合成ユビキノンプローブを駆使したミトコンドリアVDACの分子機構解明

研究課題

研究課題/領域番号 15K07411
研究機関京都大学

研究代表者

村井 正俊  京都大学, 農学研究科, 助教 (80543925)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワードユビキノン / VDAC / 光親和性標識 / ミトコンドリア / 膜透過性亢進 / クリックケミストリー
研究実績の概要

ユビキノンに代表されるキノン類は、呼吸鎖電子伝達系における電子伝達担体としてはたらき、バクテリアから高等生物に至るまで幅広く分布する生理活性分子である。一方、最近の研究では、電子伝達には直接関与しないものの、ユビキノンを“補因子”として持つことで機能する「ユビキノン結合性タンパク質」の存在が幾つか示唆されている。ミトコンドリア外膜に存在する電位依存性アニオンチャンネル(VDAC)は、そうしたユビキノン結合性タンパク質の候補の一つであり、いわゆる膜透過性亢進と呼ばれるシトクロムcの細胞質への漏出など、アポトーシスの鍵現象に深く関与することが知られているが、両者の相互作用を明確に実証した例はこれまでにない。本研究では、出芽酵母ミトコンドリアを実験材料として、独自に合成したユビキノンプローブを用いた光親和性標識実験を切り口に、VDACとユビキノンの関係を明らかにすることを目的とした。

ユビキノンのキノン環とイソプレン側鎖末端に、アジド基とアルキンをそれぞれ導入したユビキノンプローブ(PUQ-1あるいはPUQ-2)を合成し、これらがVDAC1に特異的に結合していることを明らかにした。さらに、プロテアーゼ限定分解によって、PUQ-1の結合部位はVDAC1のC末端付近のPhe221-Lys234に存在することを明らかにした。一方で、当該領域の保存されたアミノ酸残基をアラニン置換した出芽酵母VDAC変異体を作成したところ、光親和性標識の収率に大きな変化を与えなかった。

ユビキノンとVDACの相互作用の生理的な意義を考察する目的で、出芽酵母ミトコンドリアの膜透過性亢進におけるユビキノンの影響について精査した。その結果、PUQ-1はCa2+で誘導される膜透過性亢進を低濃度で抑制した。これらの実験結果は、ユビキノンとVDAC1の相互作用を初めて直接的に実証したものであり、ユビキノンがVDACに特異的に結合することで膜透過性亢進が制御されることを示唆するものである。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (10件) 備考 (3件)

  • [雑誌論文] Identification of the binding sites for ubiquinone and inhibitors in the Na+-pumping NADH-ubiquinone oxidoreductase of Vibrio cholerae by photoaffinity labeling2017

    • 著者名/発表者名
      Ito, T., Murai, M., Ninokura, S., Kitazumi, Y., Mezic, K. G., Cress, B. F., Koffas, M. A. G., Morgan, J. E., Barquera, B. and Miyoshi, H.
    • 雑誌名

      J. Biol. Chem.

      巻: 292 ページ: 7727-7742

    • DOI

      10.1074/jbc.M117.781393

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Pinpoint chemical modification of the quinone-access channel of mitochondrial complex I via a two-step conjugation reaction2017

    • 著者名/発表者名
      Masuya, T., Murai M., Ito, T., Aburaya, S., Aoki, W. and Miyoshi, H.
    • 雑誌名

      Biochemistry

      巻: 56 ページ: 4279-4287

    • DOI

      10.1021/acs.biochem.7b00612

    • 査読あり
  • [学会発表] 出芽酵母ミトコンドリアのVDACを阻害するペンテンジオール類縁体の作用機構研究2018

    • 著者名/発表者名
      運天優歩、村井正俊、一丸直哉、山本武範、篠原康雄、三芳秀人
    • 学会等名
      日本農芸化学会2018年度大会
  • [学会発表] 呼吸鎖複合体-Iにおけるアミロライド類の結合部位の同定2018

    • 著者名/発表者名
      木村洋則、村井正俊、三芳秀人
    • 学会等名
      日本農芸化学会2018年度大会
  • [学会発表] ミトコンドリアADP/ATP 輸送体を阻害するエポキシシクロヘキセンジオン類の作用機構研究2018

    • 著者名/発表者名
      青山綾希、村井正俊、一丸直哉、三芳秀人
    • 学会等名
      日本農芸化学会2018年度大会
  • [学会発表] コレラ菌Na+輸送型NADH-キノン酸化還元酵素における阻害剤結合部位の同定2018

    • 著者名/発表者名
      伊藤剛、村井正俊、二ノ倉聡、北隅優希、Blanca Barquera、三芳秀人
    • 学会等名
      日本農芸化学会2018年度大会
  • [学会発表] ミトコンドリアADP/ATP輸送体を阻害するエポキシシクロヘキセンジオン類の作用機構研究2017

    • 著者名/発表者名
      青山綾希、村井正俊、三芳秀人
    • 学会等名
      日本農芸化学会 関西・中四国・西日本支部2017年度合同大会
  • [学会発表] ミトコンドリア呼吸鎖複合体-Iのユビキノン結合ポケットの位置特異的化学修飾2017

    • 著者名/発表者名
      村井正俊、桝谷貴洋、三芳秀人
    • 学会等名
      日本農芸化学会 関西・中四国・西日本支部2017年度合同大会
  • [学会発表] コレラ菌Na+輸送型NADH-キノン酸化還元酵素における阻害剤結合部位の同定2017

    • 著者名/発表者名
      伊藤剛、村井正俊、Barquera B、三芳秀人
    • 学会等名
      日本農芸化学会 関西・中四国・西日本支部 2017年度合同大阪大会
  • [学会発表] コレラ菌Na+輸送性NADH-キノン酸化還元酵素の阻害剤結合部位の同定2017

    • 著者名/発表者名
      伊藤剛、二ノ倉聡、村井正俊、北隅優希、Blanca Barquera、三芳秀人
    • 学会等名
      日本生体エネルギー研究会第43回討論会
  • [学会発表] 呼吸鎖複合体-Iのキノン結合ポケットのピンポイント化学修飾2017

    • 著者名/発表者名
      村井正俊、桝谷貴洋、三芳秀人
    • 学会等名
      日本生体エネルギー研究会第43回討論会
  • [学会発表] Characterization of the ubiquinone-binding pocket of respiratory complex I through chemical modifications2017

    • 著者名/発表者名
      Masatoshi Murai
    • 学会等名
      The 2017 Gordon Research Conference on Bioenergetics
  • [備考] 所属研究室ホームページ

    • URL

      http://www.biofunc-chem.kais.kyoto-u.ac.jp

  • [備考] Google Scholar

    • URL

      https://scholar.google.co.jp/citations?user=I66ybkoAAAAJ&hl=ja

  • [備考] Researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/read0145924/?lang=japanese

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公開日: 2018-12-17  

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