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2009 年度 実績報告書

骨粗鬆症を標的とする組織特異的プロトンポンプATPase阻害薬の探索

研究課題

研究課題/領域番号 21890239
研究種目

若手研究(スタートアップ)

研究機関岩手医科大学

研究代表者

關谷 瑞樹  岩手医科大学, 薬学部, 助教 (70509033)

キーワード酵素 / プロトンATPase / V-ATPase / ATP合成酵素 / 阻害剤
研究概要

本年度はプロトン輸送ATPaseの駆動機構を明らかにすることを目的にF-ATPaseをモテルとして一分子観察を中心とした解析を行った。F-ATPaseのF_1部分では、γサブユニットが触媒活性を持つβサブユニットと相互作用し、ATPの合成・分解と分子の回転を共役させている。本年度は、大腸菌F_1部分のγサブユニットの回転を観察し、熱力学的に解析した。さらに、γ-βサブユニット間の相互作用に重要な役割を果たしていると考えられるアミノ酸残基に変異を導入し、回転を観察した。
γサブユニットは120°のステップを示しながら回転し、各ステップの間で野生型は平均0.2ms停止した。停止している間にATPが加水分解され、120°回転している部分で生成物の解離とATPの結合が起きると考えられる。熱力学的には、野生型の回転は停止部分と回転部分がほぼ同じ活性化エネルギーを持つことを明らかにした。この結果により、F_1の各反応段階では遷移状態へ移行する際の活性化エネルギーが低く一定に保たれており、γサブユニットは効率的に回転していることが示唆された。
また、γサブユニットのMet23残基をLysに置換したF_1の回転は、野生型と比較して停止部分で活性化エネルギー、エンタルピー、エントロピーのいずれもが上昇した。さらに、第二の変異としてβサブユニットのGlu381をAspに置換すると、F_1の停止時間と回転速度は野生型と同等に回復した。すなわち、γMet23Lys変異により停止部分で遷移状態への移行を妨げる新たな結合がγ23LysとβE381の間で形成され、回転が阻害されたと推定された。したがって、γサブユニットの効率的な回転には、γ-βサブユニット間の適切な相互作用が重要と考えられる。研究成果はJournal of Biological Chemistry(2009,284,22401-22410)にて報告した。

  • 研究成果

    (8件)

すべて 2010 2009 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件)

  • [雑誌論文] Temperature dependence of single molecule rotation of the Escherichia coli ATP synthase F1 sector reveals the importance of γ-β subunit interactions in the catalytic dwell.2009

    • 著者名/発表者名
      Sekiya M., Nakamoto RK., Al-Shawi MK., Nakanishi-Matsui M., Futai M.
    • 雑誌名

      J.Biol.Chem. 284

      ページ: 22401-22410

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The mechanism of rotating proton pumping ATPases

    • 著者名/発表者名
      Nakanishi-Matsui M, Sekiya M, Nakamoto RK, Futai M.
    • 雑誌名

      Biochim.Biophys.Acta (In press)

    • 査読あり
  • [学会発表] 大腸菌ATP合成酵素によるATP加水分解反応の阻害機構2010

    • 著者名/発表者名
      関谷瑞樹、細川浩之、中西(松井)真弓、二井將光
    • 学会等名
      日本薬学会第130年会
    • 発表場所
      岡山県就実大学
    • 年月日
      2010-03-29
  • [学会発表] ATP合成酵素の回転における熱力学とγ-βサブユニット間の相互作用の重要性2009

    • 著者名/発表者名
      關谷瑞樹, Robert K.Nakamoto, MarwanK.AI-Shawi, 中西(松井)真弓, 二井將光
    • 学会等名
      第84回日本生化学会大会
    • 発表場所
      神戸ポートアイランド
    • 年月日
      2009-10-22
  • [学会発表] Thermodynamics of single molecule rotation of proton pumping ATPase2009

    • 著者名/発表者名
      Mizuki Sekiya
    • 学会等名
      21st IUBMB and the 12th FAOBMB Internationa I Congress of Biochemistry and Molecular Biology
    • 発表場所
      上海国際会議センター
    • 年月日
      2009-08-06
  • [学会発表] Thermodynamics of single molecule rotation of Escherichia coli ATP synthase2009

    • 著者名/発表者名
      Mizuki Sekiya
    • 学会等名
      JBS Biofrontier Symposium on Biochemistry of pH Homeostasis and Proton Circuit
    • 発表場所
      岩手医科大学矢巾キャンパス
    • 年月日
      2009-07-24
  • [学会発表] Thermodynamics of Escherichia coli ATP Synthase F_1 Sector Rotation and Effects of γ Subunit Met23 Replacement2009

    • 著者名/発表者名
      Mizuki Sekiya
    • 学会等名
      Iwate International Symposium on Biochemical Approaches to Drug Discovery
    • 発表場所
      岩手医科大学矢巾キャンパス
    • 年月日
      2009-05-15
  • [学会発表] ATP合成酵素の回転における熱力学とβ-γサブユニット間の相互作用による影響2009

    • 著者名/発表者名
      關谷瑞樹、中西(松井)真弓、二井將光
    • 学会等名
      生化学会東北支部会
    • 発表場所
      東北大学片平さくらホール
    • 年月日
      2009-05-09

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公開日: 2011-06-16   更新日: 2016-04-21  

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