シャペロニンGroELのダブルリング構造の役割とキネシンとの類似性

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17049009
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 田口 英樹 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 助教授 (40272710)
• キーワード: 分子シャペロン / タンパク質 / シャペロニン / GroEL / キネシン / フォールディング

研究概要

蛋白質のフォールディイングを助けるシャペロニンGroELは2層のリングからなるナノマシンである。微小管上を動くキネシンとはまったく機能が異なるが、GroELとキネシンの作用機構は思いの外、類似点がある。まず、GroELはATPによって大きく構造変化をするが、その構造変化のようすがモーター蛋白質と類似と考えられることがある。また、双頭キネシンが二つのヘッドを交互に動かしながら進んでいくように、GroELは二つのリングを交互にアクティブにしながら蛋白質のフォールディングを助ける。そのGroELの二つのリング間に仮想的にリンカーをつなげて横に並べてみる。すると、現在のGroELの作用機構サイクルはキネシンのそれと非常に似ていることがわかる。そこで、本研究ではGroELのダブルリングの意味を探りつつ、キネシンとGroELの作用機構を比較することで両蛋白質の理解を深めることを目的とする。
今年度は以下のような研究を行った。
1.ダブルリング構造が取れなくなるようなGroEL変異体(シングルリングGroEL)が知られている。そこで、そのシングルリングGroELを作成して、ダブルリングGroELとの比較を行った。
2.GroELに基質となる変性タンパク質が結合すると、ATP加水分解のサイクルが速くなることが知られている。その機構を詳細に調べるために、ATP加水分解が遅くなったと同時にシングルリングにしたGroELを作成して、変性タンパク質の結合に伴ってATP、との親和性がどう変わるのか、などを調べた。
3.GroELのはたらきを補助するGroESの機能ホモログであるGp31がどのようにGroELのはたらきを助けるのかを生化学、1分子イメージングにより明らかにした。
以上のような研究を元にしてGroELとキネシンとの比較を行っている。

研究成果

• [雑誌論文] Leu-309 plays a critical role in the encapsulation of substrate protein into the internal cavity of GroEL. (2006)
  • 著者名/発表者名: Koike-Takeshita, A, Shimamura, T., Yokoyama, K., Yoshida, M., Taguchi, H.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 281 ページ: 962-967
• [雑誌論文] Semibiological molecular machine with an implemented "AND" logic gate for regulation of protein folding (2006)
  • 著者名/発表者名: Muramatsu, S., Kinbara, K., Taguchi, H., Ishii, N., Aida, T.
  • 雑誌名: Journal of American Chemical Society 128 ページ: 3764-3769
• [雑誌論文] Co-translational involvement of the chaperonin GroEL in the folding of newly translated polypeptides (2005)
  • 著者名/発表者名: Ying, B.-W., Taguchi, H., Kondo, M., Ueda, T.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 280 ページ: 12035-12040
• [雑誌論文] Chaperonin GroEL Meets the Substrate Protein as a "Load" of the Rings (review) (2005)
  • 著者名/発表者名: Taguchi, H.
  • 雑誌名: Journal of Bichemistry 137 ページ: 543-549