病原性大腸菌等の細菌における膜環境の変化と連動した膜タンパク質形成機構の解明

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18KK0197
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 塚崎 智也 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 教授 (80436716)
• 研究分担者: 塩田 拓也 宮崎大学, キャリアマネジメント推進機構, 准教授 (20819304) ; 西山 賢一 岩手大学, 農学部, 教授 (80291334)
• 研究期間 (年度): 2018-10-09 – 2021-03-31
• キーワード: タンパク質 / 輸送

研究実績の概要

本研究では病原性大腸菌等の細菌の膜タンパク質形成過程を解明すべく研究を進めた。大腸菌内膜へのタンパク質膜挿入には糖脂質MPIaseと膜タンパク質 YidCが重要な役割を担う。これまでに開発した再構成系を用いて、タンパク質の膜挿入だけでなく、フォールディング、さらには高次複合体形成過程について、F0F1-ATPaseのcサブユニット（F0c）を基質に用いて解析を進めた。F0cは糖脂質MPIaseとYidCに依存して膜挿入した後、YidCと膜シャペロンUncIの作用により11量体の形成が観察され、これらの過程を試験管内で完全再構成することに成功した。大腸菌の外膜へのタンパク質挿入にはBAM複合体が関わる。In vivoでのBAM複合体の構造機能解析を行うべく、過去の論文に基づき純化したサンプルを得ることに成功した。共同研究により膜挿入中間体を電子顕微鏡観察でとらえるべく研究を行った。また、前年度までに見出した外膜タンパク質に広く存在する新規シグナルがアセンブリーにどのように寄与するかを調べるため、輸送装置であるBAM複合体と、シグナル変異体の相互作用について解析してきた。2020年3月にJ-parcにおいて、国際共同研究者を招聘し共同で実施した中性子反射律法の測定結果の解析を行った。その結果、シグナル変異体はアセンブリーが完遂されず、BAM複合体に詰まった状態を取ることを明らかにした。現在、これらの結果を投稿すべく準備を進めている。

研究成果

• [国際共同研究] モナッシュ大学（Shen研究室, Lithgow研究室）(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: モナッシュ大学（Shen研究室, Lithgow研究室）
• [雑誌論文] Substrate-dependent arrangements of the subunits of the BAM complex determined by neutron reflectometry (2021)
  • 著者名/発表者名: Chen Xiaoyu、Ding Yue、Bamert Rebecca S.、Le Brun Anton P.、Duff Anthony P.、Wu Chun-Ming、Hsu Hsien-Yi、Shiota Takuya、Lithgow Trevor、Shen Hsin-Hui
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes 巻: ー ページ: ー
  • DOI: 10.1016/j.bbamem.2021.183587
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Ring assembly of c subunits of F0F1‐ATP synthase in Propionigenium modestum requires YidC and UncI following MPIase‐dependent membrane insertion (2021)
  • 著者名/発表者名: Nishikawa Hanako、Kanno Kotoka、Endo Yuta、Nishiyama Ken‐ichi
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 595 ページ: 647～654
  • DOI: 10.1002/1873-3468.14036
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crystal structure of a YeeE/YedE family protein engaged in thiosulfate uptake (2020)
  • 著者名/発表者名: Tanaka Yoshiki、Yoshikaie Kunihito、Takeuchi Azusa、Ichikawa Muneyoshi、Mori Tomoyuki、Uchino Sayaka、Sugano Yasunori、Hakoshima Toshio、Takagi Hiroshi、Nonaka Gen、Tsukazaki Tomoya
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 6 ページ: eaba7637
  • DOI: 10.1126/sciadv.aba7637
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Reversible autoinhibitory regulation ofEscherichia colimetallopeptidase BepA for selective β-barrel protein degradation (2020)
  • 著者名/発表者名: Daimon Yasushi、Narita Shin-ichiro、Miyazaki Ryoji、Hizukuri Yohei、Mori Hiroyuki、Tanaka Yoshiki、Tsukazaki Tomoya、Akiyama Yoshinori
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 117 ページ: 27989～27996
  • DOI: 10.1073/pnas.2010301117
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 構造解析からみえてきたタンパク質膜透過駆動モーター膜タンパク質SecDFの仕組み (2020)
  • 著者名/発表者名: 塚崎 智也
  • 雑誌名: 生化学 巻: 92 ページ: 717～721
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2020.920717
• [雑誌論文] Characterization of BamA reconstituted into a solid-supported lipid bilayer as a platform for measuring dynamics during substrate protein assembly into the membrane (2020)
  • 著者名/発表者名: Ding Yue、Shiota Takuya、Le Brun Anton P.、Dunstan Rhys A.、Wang Bo、Hsu Hsien-Yi、Lithgow Trevor、Shen Hsin-Hui
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes 巻: 1862 ページ: 183317～183317
  • DOI: 10.1016/j.bbamem.2020.183317
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Biosynthesis of glycolipid MPIase (membrane protein integrase) is independent of the genes for ECA (enterobacterial common antigen) (2020)
  • 著者名/発表者名: Kamemoto Yuki、Funaba Nanaka、Kawakami Mayu、Sawasato Katsuhiro、Kanno Kotoka、Suzuki Sonomi、Nishikawa Hanako、Sato Ryo、Nishiyama Ken-ichi
  • 雑誌名: The Journal of General and Applied Microbiology 巻: 66 ページ: 169～174
  • DOI: 10.2323/jgam.2019.05.001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] In vitro Assay for Bacterial Membrane Protein Integration into Proteoliposomes (2020)
  • 著者名/発表者名: Nishikawa Hanako、Sasaki Masaru、Nishiyama Ken-ichi
  • 雑誌名: BIO-PROTOCOL 巻: 10 ページ: e3626
  • DOI: 10.21769/BioProtoc.3626
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 高速原子間顕微鏡による膜輸送装置Secの動態観察 (2021)
  • 著者名/発表者名: 長池航，板家成良，春山隆充，塚﨑智也，内橋貴之
  • 学会等名: 令和2年度中部支部講演会および総会
• [学会発表] 高速原子間力顕微鏡によるタンパク質膜輸送装置Secの動態観察 (2020)
  • 著者名/発表者名: 長池航，板家成良，春山隆充，塚崎智也，内橋貴之
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会第46回討論会
• [学会発表] Observation of Substrate Binding Sec Translocon and Structural Change of SecA with HS-AFM (2020)
  • 著者名/発表者名: 長池航，春山隆充，塚崎智也，内橋貴之
  • 学会等名: The 58th Annual Meeting of the BSJ
  • 国際学会
• [学会発表] タンパク質膜挿入・膜透過に必須の糖脂質MPIaseの構造と機能 (2020)
  • 著者名/発表者名: 西山賢一
  • 学会等名: 2020年度東北支部シンポジウム「いまホットな脂質研究」
  • 招待講演
• [図書] 膜タンパク質工学ハンドブック (2020)
  • 著者名/発表者名: 浜窪隆雄, 津本浩平
  • 総ページ数: 538(307-315)
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
• [備考] 奈良先端大 構造生命科学 研究業績
  • URL: https://bsw3.naist.jp/tsukazaki/publication.html
• [備考] 岩手大学 農学部 西山賢一研究室
  • URL: http://news7a1.atm.iwate-u.ac.jp/~sec/