AAA型ATPaseに隠されたオルガネラアダプターの分子基盤

2004 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16570136
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 廣明 秀一 横浜市立大学, 大学院・総合理学研究科, 助教授 (10336589)
• キーワード: 機能性タンパク質ドメイン / 核磁気共鳴法(NMR) / ドメイン解剖学 / プロテアソーム / ポリユビキチン / ペルオキシソーム / X線結晶構造解析 / 配列相同性

研究概要

AAA-ATPase(ATPases associated with diverse cellular activities)は、真正細菌からヒトに至るまで普遍的に存在しているタンパク質ファミリーであり、その分子の中央部分に、非常によく保存された約200アミノ酸残基からなるATPaseドメイン(AAA domein)を有することを特徴とする。これらの分子は、ATP加水分解エネルギーを利用して、タンパク質のunfoldや複合体の解離を行う点が共通していると考えられる。更にAAA-ATPaseはこのAAA-domainを一つ有するType Iと2つ有するType IIに大別される。また、19Sプロテアソーム(制御サブユニット)のように、N末端部分にほとんど配列が見られないもの、NSFなどのようにN末端に250残基程度の配列を有するもの、PEX1のように更に長い(〜500残基)配列を有するものなどがある。
研究代表者らはAAA-ATPaseのN末端部分に存在する、各分子固有の配列を解析し、そこから構造決定可能な新規タンパク質ドメインを単離する、いわゆるドメイン解剖学の戦略をとり、構造と機能の解明を行った。そのために、まず短いタンパク質ドメインの発現系を効率よく作成する方法論(PRESAT-vector法)を確立した。それを用いてペルオキシソーム生合成に関わる因子PEX1のN末端機能未知配列から新規のドメインを発見した。さらにそのドメインの結晶構造解析に成功した。驚くべきことに、11%程度という低い配列相同性ながらその構造は他の膜融合装置に酷似していた。また19Sプロテアソームによる基質認識機構について、K48linkポリUb鎖のみを基質とし、K63linkは基質としないという特異性を解明するため、両者の立体構造をNMRにより比較して、その分子認識機構の違いを解明した。

研究成果

• [雑誌論文] Crystallographic characterization of the N-terminal domain of PEX1. (2004)
  • 著者名/発表者名: Shiozawa K, Maita N, Tomii K, Seto A, Goda N, Akiyama Y, Shimizu T, Shirakawa M, Hiroaki H.
  • 雑誌名: Acta Crystallogr D Biol Crystallogr. 60(11) ページ: 2098-2099
• [雑誌論文] Structural basis for distinct roles of Lys63- and Lys48-linked polyubiquitin chains. (2004)
  • 著者名/発表者名: Tenno T, Fujiwara K, Tochio H, Iwai K, Morita EH, Hayashi H, Murata S, Hiroaki H, Sato M, Tanaka K, Shirakawa M.
  • 雑誌名: Genes Cells. 9(10) ページ: 865-875
• [雑誌論文] Structure of the N-terminal domain of PEX1 AAA-ATPase. Characterization of a putative adaptor-binding domain. (2004)
  • 著者名/発表者名: Shiozawa K, Maita N, Tomii K, Seto A, Goda N, Akiyama Y, Shimizu T, Shirakawa M, Hiroaki H.
  • 雑誌名: J Biol Chem. 279(48) ページ: 50060-50068
• [雑誌論文] High-throughput construction method for expression vector of peptides for NMR study suited for isotopic labeling. (2004)
  • 著者名/発表者名: Tenno T, Goda N, Tateishi Y, Tochio H, Mishima M, Hayashi H, Shirakawa M, Hiroaki H.
  • 雑誌名: Protein Eng Des Sel. 17(4) ページ: 305-314