| 研究課題/領域番号 |
18K05431
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
三村 久敏 東京大学, 定量生命科学研究所, 助教 (30463904)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| キーワード | 植物 / 液胞膜 / 膜タンパク質 / プロトンポンプ / X線結晶解析 |
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| 研究実績の概要 |
植物液胞膜のプロトン輸送性ピロリン酸分解酵素（H+-PPase）は膜タンパク質であり、ピロリン酸（PPi）を分解し、プロトン（H+）を能動輸送するプロトンポンプである。植物液胞膜H+-PPaseは、植物細胞内のPPiホメオスタシスと、物質の貯蔵庫である液胞の酸性化において重要な役割を果たすことが知られている。PPiは核酸やタンパク質生合成、脂質の代謝等で副産物として生じ、PPiの存在はこれらの反応を阻害することに繋がるので、その濃度調節は細胞にとって重要である。液胞の酸性化においては、H+-PPaseは液胞膜を介したH+勾配をV-ATPaseと協業で形成し、液胞の貯蔵機能で中心的な役割を果たす様々な二次輸送体にH+駆動力を供給するため重要である。本研究では、植物液胞膜H+-PPaseの未だ立体構造が明らかになっていない生理的状態の結晶構造を決定し、酵素反応サイクルモデルの構造基盤を確立することを目的としている。今年度は、これまでに立体構造が明らかになっていない2つの生理的状態のうちの1つについてX線結晶解析に取り組んだ。具体的には、結晶化条件の最適化を推し進め、X線結晶解析に適した結晶を作製し、膜タンパク質としては比較的高分解能で立体構造を決定することに成功した。
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| 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
研究計画で目標とした、これまでに立体構造が決定されていな生理的状態の結晶構造の決定に成功したため。その結果、これまでに決定された結晶構造と合わせ、イオンポンプの反応サイクルを一般的に構成することが知られる基本的な4状態のうちの3つの状態について立体構造が決定されるに至り、この酵素の反応サイクルモデルの構造基盤の確立にまた一歩近づくことができた。また、この酵素がどのようにしてPPiの分解とプロトン輸送を共役するか、その基本的なメカニズムをおおよそ理解できる段階に到達しつつある。これらの成果については、第13回トランスポーター研究会で発表した。
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| 今後の研究の推進方策 |
植物液胞膜H+-PPaseにおいては、イオンポンプの反応サイクルを一般的に構成する基本的な4状態のうち、これまでに3つの状態について結晶構造が決定されている。そのため、この酵素がどのような反応サイクルを経て、PPi分解をプロトン輸送に共役するか、そのメカニズムをおおよそ理解できる段階にある。しかしながら、残された1状態については、その立体構造だけでなく生化学的実験による手掛かりも全く得られていない。この酵素の基本的な反応サイクルモデルを確立し、その構造基盤を完成するためには、残された1つの状態の立体構造の決定が必要不可欠である。研究計画では、残された1つの状態の立体構造の決定についても研究目標として提案しており、今後はその結晶構造の決定に注力することが重要となる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
今年度は、植物液胞膜H+-PPaseの目標とした生理的状態の結晶化に成功し、結晶化条件の最適化も順調に進んだことから、X線回折データの収集まで行うことができた。そのため、他の生理的状態の結晶化を目指した実験を行うよりも、立体構造の決定を目指して解析を推し進める方が良いと判断し、予定していた実験の一部を次年度に持ち越すことにした。それに伴い、今年度の実験に使用する予定であった額の一部を、次年度に繰り越すことにした。同様な理由で、備品の購入についても、次年度に行う予定の実験により適したものを購入する方が良いと判断し、次年度に持ち越すことにした。その結果、今年度使用する予定であった額の大半を次年度に繰り越すことになった。
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