光駆動性塩素イオンポンプの構造・機能解析

2009 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21570164
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 井原 邦夫 名古屋大学, 遺伝子実験施設, 助教 (90223297)
• 研究分担者: 神山 勉 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (30170210)
• キーワード: ハロロドプシン / 膜タンパク質 / 構造解析 / イオンポンプ / 古細菌 / 好塩菌

研究概要

高度好塩性好アルカリ性古細菌Natronomonas pharaonis由来の光駆動性塩素イオンポンプ、ハロロドプシン(phR)の基底状態における結晶構造を決めた(pdb:3A7K)。古細菌型のロドプシンに共通した7本のα-ヘリックス構造とレチナール周辺のアミノ酸残基の配置が保存されていた。その一方で、phR特有の構造として、(1)2カ所の塩素イオンの結合部位、(2)バクテリオルベリンの結合、(3)細胞外側の独特なキャップ構造が見つかった。塩素イオン結合部位は、1ケ所はHalobacterium salinarumのhRで報告されている位置とほぼ同じで、レチナールシッフ塩基結合の近傍に位置していた。もう1ケ所は、隣接する2分子の2本のヘリックス(ヘリックスBとヘリックスE)間に存在しており、細胞質側に位置していた。バクテリオルベリンは、Halorubrum属のプロトンポンプであるアーキロドプシン(aR)の結合様式と非常に似ていたが、共通に保存されたアミノ酸残基は特になかった。ヘリックスAの前方にある短いヘリックスA'とヘリックスB, \Cを結ぶループ(一部ベータシートを形成している)からなる構造は、細胞外側からタンパク質内部へのイオン取り込みを動的に制御している事を強く示唆する。このキャップ構造の存在により、レチナール近傍の塩素イオンが安定に結合位置に保持され、膜電位依存的に取り込みの制御にかかわっている可能性が考えられた。

研究成果

• [雑誌論文] Spectroscopic studies of a sensory rhodopsin I homologue from the archaeon Haloarcula vallismortis. (2010)
  • 著者名/発表者名: Yagasaki J, Suzuki D, Ihara K, Inoue K, Kikukawa T, Sakai M, Fujii M, Homma M, Kandori H, Sudo Y.
  • 雑誌名: Biochemistry 49巻 ページ: 1183-1190
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structure of the light-driven chloride pump halorhodopsin from Natronomonas pharaonis. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kouyama T, Kanada S, Takeguchi Y, Narusawa A, Murakami M, Ihara K.
  • 雑誌名: Journal of Molecular Biology 396巻 ページ: 564-579
  • 査読あり
• [雑誌論文] Halorubrum chaoviator sp. nov., a haloarchaeon isolated from sea salt in Baja California, Mexico, Western Australia and Naxos, Greece. (2009)
  • 著者名/発表者名: Mancinelli RL, Landheim R, Sanchez-Porro C, Dornmayr-Pfaffenhuemer M, Gruber C, Legat A, Ventosa A, Radax C, Ihara K, White MR, Stan-Lotter H.
  • 雑誌名: Int J Syst Evol Microbiol. 59巻 ページ: 1669-1673
  • 査読あり
• [学会発表] 高度好塩性好アルカリ性古細菌Natronomonas pharaonisの光駆動性塩素イオンポンプハロロドプシンの立体構造解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 井原邦夫、金田創運、神山勉
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会 第35回討論会
  • 発表場所: 旭川
  • 年月日: 20091200
• [学会発表] バクテリオロドプシンとハロロドプシンを発現している大腸菌の比較生理学 (2009)
  • 著者名/発表者名: 井原邦夫、神山勉
  • 学会等名: 第47回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 徳島
  • 年月日: 20091000
• [学会発表] 高度好塩性好アルカリ性古細菌Natronomonas pharaonisのhR大量発現株の性質 (2009)
  • 著者名/発表者名: 井原邦夫, 成澤明洋, 丸山恵太、竹口優, 神山勉
  • 学会等名: 第22回 日本Archaea研究会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 20090700