大腸菌細胞質膜をモデルシステムとした生体膜の創成

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15KT0073
• 研究機関: 岩手大学
• 研究代表者: 西山 賢一 岩手大学, 農学部, 教授 (80291334)
• 研究期間 (年度): 2015-07-10 – 2020-03-31
• キーワード: 生体膜 / リポソーム / ジアシルグリセロール / コレステロール / 自発的膜挿入

研究実績の概要

本研究では、生体膜と（プロテオ)リポソームとの差異に着目して、生体膜の創成を目指して研究を進めてきた。（１）リポソームでは 膜タンパク質が無秩序かつ自発的に膜挿入する、（２）リポソームは機械的強度、化学物質に対する耐性度が膜小胞より著しく低いという差異がある。（１）の無秩序な自発的膜挿入に関しては、これまでジアシルグリセロールやコレステロールに膜タンパク質の自発的膜挿入を抑制する作用があることを明らかにしてきた。さらに、コレステロールとジアシルグリセロールは化学構造が大きく異なるにもかかわらず膜内における存在位置や自発的膜挿入の抑制機構が類似していることをコンピュータ・シミュレーションで明らかにした。また、これまでジアシルグリセロールがリポソーム内に存在しても自発的膜挿入すると考えられてきた一連の膜タンパク質に関しても、自発的膜挿入は起こらず、ジアシルグリセロールにより抑制されること、膜挿入は申請者らが発見した糖脂質MPIaseにより進行すること、MPIase依存の膜挿入は膜タンパク質YidCにより促進されることを明らかにした。（２）に関しては、生体膜に機械的強度、化学物質に対する耐性度を付与する因子の精製を進めた。種々の溶媒抽出やカラムクロマトグラフィーによりほぼ単一の成分にまで精製を進めた。この精製標品を質量分析に供したところ、分子量1192のピークが観察された。さらに、MS/MS分析により、652と356のピークが観察された。この物質の構造を決定すべくNMR分析を行っている

研究成果

• [雑誌論文] In vitro assay for bacterial membrane protein integration into proteoliposomes (2020)
  • 著者名/発表者名: Nishikawa Hanako、Sasaki Masaru、Nishiyama Ken-ichi
  • 雑誌名: Bio Protocol 巻: 10 ページ: in press
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 大腸菌におけるタンパク質膜輸送に関与する糖脂質MPIase の発現制御機構～酵素様機能をもつ糖脂質MPIase～ (2020)
  • 著者名/発表者名: 沢里克宏, 藤川紘樹, 島本啓子, 西山賢一
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 58 ページ: 223-230
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biosynthesis of glycolipid MPIase (membrane protein integrase) is independent of the genes for ECA (enterobacterial common antigen) (2019)
  • 著者名/発表者名: Kamemoto Yuki、Funaba Nanaka、Kawakami Mayu、Sawasato Katsuhiro、Kanno Kotoka、Suzuki Sonomi、Nishikawa Hanako、Sato Ryo、Nishiyama Ken-ichi
  • 雑誌名: The Journal of General and Applied Microbiology 巻: 66 ページ: in press
  • DOI: 10.2323/jgam.2019.05.001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Novel Glycolipid Involved in Membrane Protein Integration: Structure and Mode of Action (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujikawa Kohki、Nomura Kaoru、Nishiyama Ken-ichi、Shimamoto Keiko
  • 雑誌名: Journal of Synthetic Organic Chemistry, Japan 巻: 77 ページ: 1096～1105
  • DOI: 10.5059/yukigoseikyokaishi.77.1096
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enzyme-like Glycolipids MPIase Involved in Membrane Protein Integration of <i>E. coli</i> (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujikawa Kohki、Nishiyama Ken-ichi、Shimamoto Keiko
  • 雑誌名: Trends in Glycoscience and Glycotechnology 巻: 31 ページ: E151～E158
  • DOI: 10.4052/tigg.1705.1E
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Free energy profiles of lipid translocation across pure POPC and POPC/CHOL bilayer: all-atom molecular dynamics study (2019)
  • 著者名/発表者名: Saito Hiroaki、Morishita Tetsuya、Mizukami Taku、Nishiyama Ken-ichi、Kawaguchi Kazutomo、Nagao Hidemi
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 1290 ページ: 012020～012020
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1290/1/012020
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Alteration of Membrane Physicochemical Properties by Two Factors for Membrane Protein Integration (2019)
  • 著者名/発表者名: Nomura Kaoru、Yamaguchi Toshiyuki、Mori Shoko、Fujikawa Kohki、Nishiyama Ken-ichi、Shimanouchi Toshinori、Tanimoto Yasushi、Morigaki Kenichi、Shimamoto Keiko
  • 雑誌名: Biophysical Journal 巻: 117 ページ: 99～110
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2019.05.014
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Two‐step induction of cdsA promoters leads to upregulation of the glycolipid MPIase at cold temperature (2019)
  • 著者名/発表者名: Sawasato Katsuhiro、Sekiya Yusei、Nishiyama Ken‐ichi
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 593 ページ: 1711～1723
  • DOI: 10.1002/1873-3468.13460
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The bacterial protein YidC accelerates MPIase-dependent integration of membrane proteins (2019)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Masaru、Nishikawa Hanako、Suzuki Sonomi、Moser Michael、Huber Maria、Sawasato Katsuhiro、Matsubayashi Hideaki T.、Kumazaki Kaoru、Tsukazaki Tomoya、Kuruma Yutetsu、Nureki Osamu、Ueda Takuya、Nishiyama Ken-ichi
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 294 ページ: 18898～18908
  • DOI: 10.1074/jbc.RA119.011248
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Expression of alcohol oxidase gene from Ochrobactrum sp. AIU 033 in recombinant Escherichia coli through the twin-arginine translocation pathway (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsumura Kenji、Yamada Miwa、Yamashita Takeshi、Muto Hitomi、Nishiyama Ken-ichi、Shimoi Hitoshi、Isobe Kimiyasu
  • 雑誌名: Journal of Bioscience and Bioengineering 巻: 128 ページ: 13～21
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2018.12.012
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Increased expression of the bacterial glycolipid MPIase is required for efficient protein translocation across membranes in cold conditions (2019)
  • 著者名/発表者名: Sawasato Katsuhiro、Suzuki Sonomi、Nishiyama Ken-ichi
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 294 ページ: 8403～8411
  • DOI: 10.1074/jbc.RA119.008457
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] YnbB is a CdsA paralogue dedicated to biosynthesis of glycolipid MPIase involved in membrane protein integration (2019)
  • 著者名/発表者名: Sato Ryo、Sawasato Katsuhiro、Nishiyama Ken-ichi
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 510 ページ: 636～642
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2019.01.145
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] CdsA is involved in biosynthesis of glycolipid MPIase essential for membrane protein integration in vivo (2019)
  • 著者名/発表者名: Sawasato Katsuhiro、Sato Ryo、Nishikawa Hanako、Iimura Naoki、Kamemoto Yuki、Fujikawa Kohki、Yamaguchi Toshiyuki、Kuruma Yutetsu、Tamura Yasushi、Endo Toshiya、Ueda Takuya、Shimamoto Keiko、Nishiyama Ken-ichi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 ページ: No 1372
  • DOI: 10.1038/s41598-018-37809-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Eukaryotic homologs of CdsA possess the ability to biosynthesize glycolipid MPIase involved in membrane protein integration and preprotein translocation (2020)
  • 著者名/発表者名: Yusei Sekiya, Katsuhiro Sawasato, Ken-ichi Nishiyama
  • 学会等名: International Symposium on “Environmental Response Mechanisms in Plants and Animals”
  • 国際学会
• [学会発表] Reconstitution of the TAT (Twin-Arginine Translocation) pathway that depends on both TatABC and glycolipid MPIase (2020)
  • 著者名/発表者名: Kotoka Kanno, Hanako Nishikawa, Katsuhiro Sawasato, Miwa Yamada, Ken-ichi Nishiyama
  • 学会等名: International Symposium on “Environmental Response Mechanisms in Plants and Animals”
  • 国際学会
• [学会発表] In vitro analysis of glycolipid MPIase and protein YidC involved in membrane protein insertion (2020)
  • 著者名/発表者名: Yuta Endo, Masaru Sasaki, Katsuhiro Sawasato, Yuko Shimizu, Ross Dalbey, Ken-ichi Nishiyama
  • 学会等名: International Symposium on “Environmental Response Mechanisms in Plants and Animals”
  • 国際学会
• [学会発表] 糖脂質酵素MPIaseの生合成経路の探索 (2020)
  • 著者名/発表者名: 亀本有生、 川上真由、 船場菜々香、 沢里克宏、藤川紘樹、島本啓子、西山賢一
  • 学会等名: 第2回細胞形成研究会
• [学会発表] TATタンパク質膜透過の再構成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 西川華子、菅野琴華、沢里克宏、山田美和、菊池慶実、西山賢一
  • 学会等名: 第2回細胞形成研究会
• [学会発表] MPIaseはTAT（Twin-Arginine Translocation）膜透過反応に必須である (2020)
  • 著者名/発表者名: 菅野琴華、西川華子、沢里克宏、山田美和、西山賢一
  • 学会等名: 第2回細胞形成研究会
• [学会発表] 真核生物のCdsAホモログによるタンパク質膜挿入因子MPIase生合成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 関谷優晟、沢里克宏、西山 賢一
  • 学会等名: 第2回細胞形成研究会
• [学会発表] タンパク質膜挿入反応に関わる糖脂質酵素 MPIase の構造と機能の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 村本真規、鈴木苑実、藤川紘樹、島本啓子、西山賢一
  • 学会等名: 第2回細胞形成研究会
• [学会発表] 生体膜に化学物質に対する耐性度を与える因子の探索 (2020)
  • 著者名/発表者名: 沢里克宏、平野絵里香、西向めぐみ、西山賢一
  • 学会等名: 第2回細胞形成研究会
• [学会発表] タンパク質膜挿入に関わる因子群と膜電位との協調的作用のin vitro解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 遠藤佑太、志水優子、西山賢一
  • 学会等名: 第2回細胞形成研究会
• [学会発表] 2つの類似糖脂質MPIaseとECAは生合成経路が全く異なる (2020)
  • 著者名/発表者名: 亀本有生、船場菜々香、沢里克宏、西山賢一
  • 学会等名: 第2回細胞形成研究会
• [学会発表] タンパク質膜挿入・膜透過反応に関与する「糖脂質酵素（Glycolipozyme）」MPIaseの構造と機能 (2020)
  • 著者名/発表者名: 西山賢一
  • 学会等名: 新潟薬科大学学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 大腸菌のタンパク質膜挿入・膜透過にかかわる糖脂質MPIaseの構造と機能 (2020)
  • 著者名/発表者名: 西山賢一
  • 学会等名: 遺伝研研究会「単細胞システムにおける細胞内装置の動的相互作用」
  • 招待講演
• [学会発表] タンパク質膜挿入に必須の糖脂質酵素 MPIase の中間体解析と新規生合成因子 YncL の同定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 亀本有生、川上真由、船場 菜々香、沢里克宏、藤川紘樹、島本啓子、西山賢一
  • 学会等名: 21世紀大腸菌研究会
• [学会発表] 糖脂質酵素 MPIase は TAT 膜透過反応に必須の因子である (2019)
  • 著者名/発表者名: 西川華子、菅野琴華、沢里克宏、山田美和、菊池慶実、西山賢一
  • 学会等名: 21世紀大腸菌研究会
• [学会発表] MPIase は TAT (Twin-Arginine Translocation) 基質の膜へのターゲティングに関与する (2019)
  • 著者名/発表者名: 菅野琴華、西川華子、沢里克宏、山田美和、西山賢一
  • 学会等名: 21世紀大腸菌研究会
• [学会発表] Cds ファミリーによる大腸菌における MPIase 生合成能およひ?リン脂質生合成能の評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 関谷優晟、沢里克宏、西山賢一
  • 学会等名: 21世紀大腸菌研究会
• [学会発表] 2 つの類似糖脂質 MPIase と ECA は生合成経路が全く異なる (2019)
  • 著者名/発表者名: 亀本有生、船場菜々香、沢里克宏、西山賢一
  • 学会等名: 日本生化学会東北支部第85回例会
• [学会発表] タンパク質膜挿入に関与する糖脂質MPIaseの生合成酵素CdsAの真核生物ホモログの機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 関谷優晟、 沢里克宏、西山賢一
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
• [学会発表] MPIaseはTAT (Twin-Arginine Translocation) 経路における基質の膜へのターゲティングに関与する (2019)
  • 著者名/発表者名: 菅野琴華、 西川華子、沢里克宏、山田美和、西山賢一
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
• [学会発表] タンパク質膜挿入に必須の糖脂質酵素MPIaseの生合成に関わる因子の探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 亀本有生、 川上真由、 船場菜々香、 沢里克宏、藤川紘樹、島本啓子、西山賢一
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
• [学会発表] 糖脂質MPIase を用いたTAT 膜透過反応の再構成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 西川華子、菅野琴華、沢里克宏、山田美和、菊池慶実、西山賢一
  • 学会等名: 第14 回無細胞生命科学研究会
• [学会発表] 糖脂質酵素MPIase 生合成因子の探索とその機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 亀本有生、船場菜々香、藤川紘樹、島本啓子、西山賢一
  • 学会等名: 第14 回無細胞生命科学研究会
• [学会発表] 糖脂質酵素 MPIase の生合成に関与する新規因子YncLの同定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 亀本有生、川上真由、船場菜々香、藤川紘樹、島本啓子
  • 学会等名: 日本農芸化学会東北支部 第154大会
• [学会発表] Cds（CDP ジアシルグリセロール合成酵素）ファミリーによるタンパク質膜挿 入因子MPIaseの生合成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 関谷優晟、沢里克宏、西山賢一
  • 学会等名: 日本農芸化学会東北支部 第154大会
• [学会発表] TAT（Twin-Arginine Translocation）経路においてMPIaseは基質の膜へのターゲ ティングに関与する (2019)
  • 著者名/発表者名: 菅野琴華、西川華子、沢里克宏、山田美和、西山賢一
  • 学会等名: 日本農芸化学会東北支部 第154大会
• [学会発表] 真核生物のCdsファミリーはバクテリアの糖脂質MPIase生合成活性をもつ (2019)
  • 著者名/発表者名: 関谷優晟、沢里克宏、西山 賢一
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] MPIaseはTAT (Twin-Arginine Translocation) 経路における基質の細胞質膜へのターゲティングに関与する (2019)
  • 著者名/発表者名: 菅野琴華、西川華子、沢里克宏、山田美和、西山賢一
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] タンパク質膜挿入反応を触媒する糖脂質MPIaseの生合成因子の同定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 亀本有生、船場菜々香、川上真由、藤川紘樹、島本啓子、西山賢一
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Dissection of function of machinery for membrane protein insertion involving glycolipid MPIase and protein YidC (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuta Endo, Masaru Sasaki, Katsuhiro Sawasato, Yuko Shimizu, Ross Dalbey, Ken-ichi Nishiyama
  • 学会等名: UGAS International Simposium~Thai-Japan Agricultural Science
  • 国際学会
• [備考] 岩手大学農学部・応用生物化学科・分子生物学研究室
  • URL: http://news7a1.atm.iwate-u.ac.jp/~sec/