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2011 年度 実績報告書

タンパク質膜透過におけるSecDFの機能とプロトン駆動力の役割

研究課題

研究課題/領域番号 22370070
研究機関京都大学

研究代表者

森 博幸  京都大学, ウイルス研究所, 准教授 (10243271)

研究分担者 秋山 芳展  京都大学, ウイルス研究所, 教授 (10192460)
キーワードSecDF / プロトン駆動力 / SecYEG / SecA / タンパク質膜透過
研究概要

タンパク質の膜透過の補助因子として働くSecDFの機能を明らかとするべく、昨年度に高度好熱菌由来のSecDFの立体構造を3.3Å分解能で明らかとした。立体構造情報から、SecDFの膜貫通領域が、プロトン薬剤アンチポータAcrBの対応領域と極めて類似している事から、SecDFもAcrBと同様に、膜を挟んで形成される膜電位(PMF)のエネルギーを用いて、プロトンの流入と共役する形でタンパク質を輸送するとの作業仮説を立て、生化学的、遺伝学的、生物物理学的方法を用いて、実証目指した。本年度は、1)プロトンの流入に関与すると示唆されている膜貫通領域内の保存された電荷アミノ酸残基の変異体を作製し、これらのアミノ酸が、SecDFの機能に必須である事を実験的に示した。2)in vitro膜透過実験から、SecDFの膜透過昂進能には、PMFが必須である事を示した。3)巨大スフェロプラスとを用いたパッチクランプ実験から、好熱菌SecDFが実際にイオン透過活性を持つ事、この透過活性に、上記の保存された電荷アミノ酸が必須である事を見いだした。4)部位特異的光架橋実験より、膜透過途上の基質タンパク質分子がSecDのP1ドメイン(非細胞質側の巨大な第1ドメイン)中のクレバス中に近接していることを見いだした。5)海洋性ビブリオ菌由来のSecDFは培地中のNaClの濃度に依存して分泌能を高めることを見いだした。以上の結果から、SecDFは、プロトンの透過に伴う、自身の構造変化により、膜透過途上の基質タンパク質分子を引っ張る事で膜透過を昂進させるとの新たなモデルを提唱した。(680文字)

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究課題の主な目的は、タンパク質膜透過促進因子SecDFの立体構造解析と、その機能発現におけるプロトン駆動力(PMF)の役割を明らかにすることである。課題が採択された後、順調に研究は進展し、上記研究目標はほぼ達成できたと考えている。本年度は、この成果をとりまとめ、Nature誌に論文として報告することができた。

今後の研究の推進方策

上でも述べたように、研究課題は概ね達成できた。研究期間を1年を残し、現在は、研究の遂行中に新たに出て来た疑問(PMFのエネルギーをどのような形で、タンパク質の動きと行った運動エネルギーに転換しているのか)を解明すべく研究を進めている。具体的には、SecDFの立体構造情報と部位特異的in vivo光架橋実験を組み合わせて、プロトンの流入と共役したタンパク質の構造変化をモニターする系の構築を進めている。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2011

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (3件)

  • [雑誌論文] Structure and function of a membrane component SecDF that enhances protein export2011

    • 著者名/発表者名
      Tsukazaki T, Mori H, et al(12名,同等筆頭)
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 474 ページ: 235-238

    • DOI

      10.1038/nature09980

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Post-liberation cleavage of signal peptides is catalyzed by the site-2 protease (S2P) in bacteria2011

    • 著者名/発表者名
      Saito A, Mori H, et al(計8名、5番目)
    • 雑誌名

      Proc.Natl.Acad.Sci.USA.

      巻: 108 ページ: 13740-13745

    • DOI

      10.1073/pnas.1108376108

    • 査読あり
  • [学会発表] 細菌の蛋白質膜透過装置の構造・機能・病原性との関わり2011

    • 著者名/発表者名
      森博幸
    • 学会等名
      第48回細菌学会中部支部会
    • 発表場所
      名古屋(招待講演)
    • 年月日
      2011-10-21
  • [学会発表] 蛋白質膜透過を促進する膜内在性因子SecDFの構造と機能2011

    • 著者名/発表者名
      森博幸、塚崎智也, ら(計6名)
    • 学会等名
      第84回日本生化学会大会シンポジウム
    • 発表場所
      京都(招待講演)
    • 年月日
      2011-09-21
  • [学会発表] プロトン駆動力を用いたSecDFによる蛋白質膜透過の昂進機構2011

    • 著者名/発表者名
      森博幸、塚崎智也, ら(計5名)
    • 学会等名
      第11回日本蛋白質科学会年会ワークショップ
    • 発表場所
      大阪(招待講演)
    • 年月日
      2011-06-07

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公開日: 2013-06-26  

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