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2018 年度 実績報告書

時計タンパク質KaiCの立体構造とATPase活性に基づく古地球自転周期の考察

研究課題

研究課題/領域番号 16K14685
研究機関分子科学研究所

研究代表者

古池 美彦  分子科学研究所, 協奏分子システム研究センター, 助教 (70757400)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード概日時計 / シアノバクテリア / ATPase / X線結晶構造解析
研究実績の概要

シアノバクテリアは24時間の地球自転周期に対応するため体内時計システムを有している。時計タンパク質の中核であるKaiCはATPを加水分解して時計システム全体の速度をコントロールしながら、自己リン酸化/自己脱リン酸化を繰り返しリズムを生み出す(24時間周期の自律振動性)。KaiCの活性は温度にほとんど依存せず(温度補償性)、反応系中の多数のKaiCは位相依存的にほぼ同等の化学状態をとるように制御されている(同調性)。こうしたKaiCタンパク質の特徴は高等生物の体内時計システムにおいても共通に見られ、KaiCは物理化学・生物物理の観点から体内時計を研究する格好の材料となっている。
課題開始当初には、重要な学術的観点として①速度を規定するATP加水分解部位と振幅を生み出すリン酸化部位の構造上の関連、②ATP加水分解/リン酸化活性部位構造の他種ホモログや祖先型における保存性の2点を、さらに実用上の観点として③リズム測定系の自動化を挙げた。このうち観点①に対してはKaiCの結晶化条件を確立し、複数の晶系において原子分解能の構造を構築することに成功した。得られた複数の結晶構造はそれぞれ異なるリン酸化状態にあり、ATP加水分解部位とリン酸化部位のカップリング機構を考える材料が揃ったといえる。観点②については好熱性シアノバクテリアから同定されたホモログKaiCの結晶化条件を絞り込み高分解能構造の取得に成功した。祖先型KaiCについては系統樹に基づく統計計算を進め、そのアミノ酸配列を推定した。観点③に関してはリズム測定を自動的に進めるための装置およびデータ分析を迅速に行うためのソフトウェアを独自開発した。
以上のように当初掲げた一連の課題に取り組み、一定の成果を挙げた。一方で系統樹計算および祖先型配列の推定など課題中の難点にも当たったが、解決に向けての道筋についても把握することができた。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] KaiC from a cyanobacterium Gloeocapsa sp. PCC 7428 retains functional and structural properties required as the core of circadian clock system2019

    • 著者名/発表者名
      Mukaiyama Atsushi、Ouyang Dongyan、Furuike Yoshihiko、Akiyama Shuji
    • 雑誌名

      International Journal of Biological Macromolecules

      巻: 131 ページ: 67-73

    • DOI

      10.1016/j.ijbiomac.2019.03.051

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Conformational rearrangements of the C1 ring in KaiC measure the timing of assembly with KaiB2018

    • 著者名/発表者名
      Mukaiyama Atsushi、Furuike Yoshihiko、Abe Jun、Yamashita Eiki、Kondo Takao、Akiyama Shuji
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 8 ページ: 8803-8813

    • DOI

      10.1038/s41598-018-27131-8

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 変化し続ける概日時計研究のかたち2018

    • 著者名/発表者名
      秋山修志、古池美彦、向山厚
    • 雑誌名

      時間生物学

      巻: 24-2 ページ: 92-99

    • 査読あり
  • [学会発表] 好熱性藍藻に由来する時計タンパク質KaiCの活性部位における水和構造2019

    • 著者名/発表者名
      古池美彦、向山厚、山下栄樹、近藤孝男、秋山修志
    • 学会等名
      日本生物物理学会中部支部例会
  • [学会発表] 時計タンパク質KaiCに組み込まれたアロステリック制御2018

    • 著者名/発表者名
      古池美彦、向山厚、 山下栄樹、 近藤孝男、 秋山修志
    • 学会等名
      CyanoClock 1.0
  • [学会発表] Searching Allosteric Pathways in Clock Protein KaiC Responsible for Temperature Compensation2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshihiko Furuike, Atsushi Mukaiyama, Eiki Yamashita, Takao Kondo, and Shuji Akiyama
    • 学会等名
      日本生物物理学会年会
  • [学会発表] 時計タンパク質 KaiC に組み込まれたアロステリック制御2018

    • 著者名/発表者名
      古池美彦、向山厚、山下栄樹、近藤孝男、秋山修志
    • 学会等名
      日本結晶学会年会

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公開日: 2019-12-27  

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