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2019 年度 実績報告書

液胞型 ATPase の全体構造決定を突破口とした回転プロトン輸送機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 17H03648
研究機関京都産業大学

研究代表者

横山 謙  京都産業大学, 生命科学部, 教授 (70271377)

研究分担者 光岡 薫  大阪大学, 超高圧電子顕微鏡センター, 教授 (60301230)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワードクライオ電子顕微鏡 / 生体エネルギー変換 / ATP合成 / V-ATPase / 分子モーター / 構造生物学 / 原子モデル
研究実績の概要

-ATPase は、真核生物の酸性小胞(リソゾーム、エンドソームなど)に存在するATP駆動性のプロトンポンプであり、小胞内の酸性化を通して、タンパク質の品 質管理や物質代謝を担っている。ATP合成酵素FoF1 と同様の回転触媒機構で ATPのエネルギーを回転力に変えてプロトンを輸送する。我々は、V-ATPase の機能を 明らかにするために、全体構造の構造決定を試みてきた。結晶構造解析による全体構造の決定はいまだ達成されていないが、回転運動に由来する構造多形により 分解能が上がらないことが考えられる。そこで構造多形を持つタンパク質の構造解析にも対応できるクライオ電顕による単粒子解析を試みた。試料調製、クライ オグリッドの調製条件を検討した結果、比較的良好なクライオ電子顕微鏡画像を撮影することができた。ここから画像解析ソフトRELIONにより、単粒子画像を抽 出し、2次元クラス分けによる画像選別を経て、3次元クラス分けを行った。クラス数を12以上にした結果、回転状態に対応した3つの構造が得られた。精密 化を進めることで部分的にはアミノ酸側鎖をおける分解能の構造を得た。この構造を解析することにより、プロトンの透過経路や回転に伴う外周部分の動きを明 らかにすることができた。この成果は、2018 の Nature Communications に掲載された。さらに分解能を上げるために粒子数を増やしてクラス分けしたところ、 もっとも数の多い単粒子からなるクラスの構造から、サブクラスに相当する構造を得ることができた。膜内在の Vo部分については、V1 に対する相対的な動きから、その分解能が原子モデル構築には十分でなかった。そこで、 Vo 部分だけを単離し、クライオ電顕で単粒子解析を試みた。その結果、原子モデルを構築できる分解の密度マップを得ることができた。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

備考

研究室紹介、研究概要、論文業績等が掲載されています。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2019 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (6件) (うち招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Cryo-EM studies of the rotary H<sup>+</sup>-ATPase/synthase from <i>Thermus thermophilus</i>2019

    • 著者名/発表者名
      Nakanishi Atsuko、Kishikawa Jun-ichi、Mitsuoka Kaoru、Yokoyama Ken
    • 雑誌名

      Biophysics and Physicobiology

      巻: 16 ページ: 140-146

    • DOI

      doi.org/10.2142/biophysico.16.0_140

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 好熱菌 V/A-ATPase のヌクレオチドフリー構造の解析2019

    • 著者名/発表者名
      古田綾、岸川淳一、中西温子、光岡薫、横山謙
    • 学会等名
      第45回日本生体エネルギー研究会討論会
  • [学会発表] 好熱菌 V型 ATP合成酵素の膜内在性ドメイン Voの構造解析2019

    • 著者名/発表者名
      岸川淳一、中西温子、古田綾、加藤貴之、光岡薫、横山謙
    • 学会等名
      第45回日本生体エネルギー研究会討論会
  • [学会発表] キメラ軸を持つV1-ATPaseの1分子解析2019

    • 著者名/発表者名
      三谷奈穂、中野敦樹、岸川淳一、横山謙
    • 学会等名
      第45回日本生体エネルギー研究会討論会
  • [学会発表] Nanodisc に再構成した好熱菌由来 V-ATPase の単粒子解析2019

    • 著者名/発表者名
      中西温子、岸川淳一、玉腰雅忠、光岡薫、横山謙
    • 学会等名
      生理研研究会 岡崎市
    • 招待講演
  • [学会発表] Single-particle analysis of lipid nanodisc-reconstituted V-ATPase from Thermus thermophilus2019

    • 著者名/発表者名
      中西温子、岸川淳一、玉腰雅忠、光岡薫、横山謙
    • 学会等名
      第57回日本生物物理学会 宮崎市
  • [学会発表] Single particle analysis of membrane Vo domain of V type ATP synthase2019

    • 著者名/発表者名
      岸川淳一、 加藤 貴之、 古田 綾、 中西 温子、 光岡 薫、 横山 謙
    • 学会等名
      蛋白質科学会年会
    • 招待講演
  • [備考] ようこそ 生体膜エネルギー研究室へ

    • URL

      http://www.cc.kyoto-su.ac.jp/~yokoken/index-j.htm

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公開日: 2021-01-27  

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