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2017 年度 実施状況報告書

三量体Gタンパク質シャトリングによる走化性ダイナミックレンジ拡張機構

研究課題

研究課題/領域番号 17K07396
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

上村 陽一郎  国立研究開発法人理化学研究所, 生命システム研究センター, 上級研究員 (20321599)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
キーワード走化性 / 三量体Gタンパク質シャトリング / Gip1 / 細胞性粘菌
研究実績の概要

本研究では、走化性のダイナミックレンジを広く維持する三量体Gタンパク質シャトリングに注目する。このような制御にはGip1とGタンパク質の複合体形成が重要な役割を果たす。
そこで本年度は、「Gip1とGタンパク質の結合様式」について解析を進めた。Gip1はそのC末端側でGタンパク質と結合する。このドメインをバクテリアから精製し、濃縮後、動的光散乱法とネイティブPAGEにより結晶作製に適しているか確認をした。このサンプルを用いて蒸気拡散法による結晶化条件を検討した結果、PEG20,000、Bicine (pH8-9)存在下で結晶が生成した。この結晶にX線を照射し、回折像を得た。このデータから、Gip1ホモログであるTIPE2を用いた分子置換法により初期構造モデルを構築し、精密化を行った。その結果、Gip1は予想通り、疎水性の穴をもつことがわかった。また、その外側は荷電をもつアミノ酸が比較的多く存在し、細胞質での局在と矛盾しないものであった。
次に、Gip1との複合体形成においてGタンパク質の脂質修飾部位の関与を調べた。まず、γサブユニットにゲラニルゲラニル修飾が入っていることを質量分析法により確認した。次に、脂質修飾を持たない変異γサブユニットの発現株を作製し、GIp1との結合を調べたところ、全く結合がみられなくなった。このことから、この両者の複合体形成にはGタンパク質の脂質修飾が必須であることがわかった。
さらに、得られたGip1の構造から、その疎水性の穴を塞ぐ変異を導入した。この変異GIp1はGタンパク質との結合性がなくなり、その結果、細胞内のGタンパク質は細胞質に局在できなくなった。
これらの結果から、Gip1はその疎水性の穴にGタンパク質がもつ脂質修飾を収納することで複合体を形成することがわかった。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本年度の研究計画では「Gip1と三量体Gタンパク質の結合様式の解析」を目標とした。そのために、Gip1のX線構造を決定した。また、Gip1との複合体形成において三量体Gタンパク質の脂質修飾が必須であることを確認した。さらに、Gip1のX線構造から疎水性の穴に変異を同定し、この構造がその機能に必須であることを示した。これらの結果から、目標とした「Gip1とGタンパク質の結合様式」をほぼ理解できたと考えられる。

今後の研究の推進方策

本年度はGip1と三量体Gタンパク質との複合体形成に関して構造的な理解が得られた。今後は、三量体Gタンパク質と結合できない疎水性の穴に変異をもつGip1が走化性ダイナミックレンジ制御に関与するかについて検証する必要がある。また、Gip1の構造から得られた知見を確認するため、網羅的なアラニンスキャン変異法により、Gip1のGタンパク質シャトリングへの構造機能解析を進める予定である。これらの結果が得られた段階で、論文として発表する予定である。

次年度使用額が生じた理由

当該年度に計画していたGip1タンパク質の結晶化に関して、当初予定よりも少ない検討で成功した。繰越し金については、次年度に行う細胞の表現型解析に必要な消耗品等に使用する予定である。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 学会発表 (9件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [学会発表] ユニークな生活環を持つ真核生物「細胞性粘菌」のモデル生物としての研究の魅力2018

    • 著者名/発表者名
      上村陽一郎、桑山秀一、上田昌宏
    • 学会等名
      日本細菌学会
    • 招待講演
  • [学会発表] Gip1の構造から見えてきた三量体Gタンパク質シャトリングの分子基盤2017

    • 著者名/発表者名
      上村陽一郎、宮川武朗、小手石泰泰、上田昌宏
    • 学会等名
      第14回GPCR研究会
  • [学会発表] Heterotrimeric G-protein shuttling via Gip1 extends the dynamic range of eukaryotic chemotaxis.2017

    • 著者名/発表者名
      Yoichiro Kamimura
    • 学会等名
      RIKEN CLST meeting
    • 招待講演
  • [学会発表] National BioResource Project (NBRP) of cellular slime molds in Japan2017

    • 著者名/発表者名
      Yoichiro Kamimura, Hidekazu Kuwayama, Masahiro Ueda
    • 学会等名
      Annual Interantional Dictyostelium Conference 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] 三量体Gタンパク質の空間制御を可能にする構造基盤2017

    • 著者名/発表者名
      上村陽一郎、宮川武朗、小手石泰泰、宮永之寛、上田昌宏
    • 学会等名
      日本細胞性粘菌学会第7回例会
  • [学会発表] 第4期NBRP細胞性粘菌2017

    • 著者名/発表者名
      上村陽一郎、桑山秀一、上田昌宏
    • 学会等名
      日本細胞性粘菌学会第7回例会
  • [学会発表] もっと使えるNBRP2017

    • 著者名/発表者名
      上村陽一郎、桑山秀一、上田昌宏
    • 学会等名
      日本細胞性粘菌学会第7回例会
  • [学会発表] GPCRシグナル伝達系における三量体Gタンパク質シャトリングの分子機構2017

    • 著者名/発表者名
      上村陽一郎、宮川武朗、小手石泰泰、宮永之寛、上田昌宏
    • 学会等名
      生命科学系学会合同年次大会
  • [学会発表] モデル真核生物「細胞性粘菌」の様々な研究における有用性と活用2017

    • 著者名/発表者名
      上村陽一郎、桑山秀一、上田昌宏
    • 学会等名
      生命科学系学会合同年次大会
  • [備考] 理化学研究所 細胞シグナル動態研究グループ

    • URL

      http://www.qbic.riken.jp/csd/ja/index.html

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公開日: 2018-12-17  

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