ＡＴＰ合成酵素の構造と制御と生理

2013 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23227006
• 研究機関: 早稲田大学
• 研究代表者: 吉田 賢右 早稲田大学, 理工学術院, 招聘研究教授 (90049073)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: ＡＴＰ合成 / ＡＴＰ合成酵素 / 細胞エネルギー / ミトコンドリア / 回転モーター

研究実績の概要

F1の蛋白生阻害因子であるinhibitory factor-1 (IF1) の阻害機構の分析を顕微鏡１分子解析により行った。その結果、IF1 は、F1の回転をATP加水分解待ちの90°で停止させることが明らかになった。興味深い事に、阻害に陥っているF1の回転子を外力(磁場)によりATP加水分解方向に強制回転させようとしても回転子は回らないが、逆のATP合成方向には回転できる事が見いだされた。また、このATP合成方向への強制回転により、高い効率でIF1による阻害が解除される事が判明した。この結果は、IF1はATP加水分解反応のみを阻害し、ATP合成反応は阻害しないという生化学的分析結果をうまく説明する。つまり、ATP加水分解方向へはATP加水分解により発生したトルクがかかっても回転できずに阻害から解除できないが、ATP合成時にはFoからのATP加水分解とは逆向きの回転トルクにより回転でき、その回転により阻害が解除されると解釈できる。
上記のようにヒトF1を使って様々な分析を行ってきたが、現在利用できるF1の結晶構造データーはほとんどがウシF1であり、ヒトF1は未決定であるため、ヒトF1の構造-機能相関には限界があった。そこでウシF1の分析システムを新規に確立し、詳細な構造機能相関分析を行う事を試みた。まず、ウシtotal RNAからF1を構成している5種のサブユニットと2種類の分子シャペロンの遺伝子をクローニングし、大腸菌の発現ベクターに導入した。様々な培養・精製条件を検討した結果、ウシF1を大腸菌内で発現させ、精製する手法の確立に成功した。次に、ウシF1の回転子に2つのcystein残基を導入し、ヒトF1と同様に顕微鏡１分子観察により回転観察を行った。その結果、ウシF1はヒトF1と同様に毎秒約630回転で高速に回転する事が判明した。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Chemo-mechanical coupling of human mitochondrial F1-ATPase motor. (2014)
  • 著者名/発表者名: Suzuki T*, Tanaka K, Wakabayashi C, Saita E, Yoshida M
  • 雑誌名: Nature Chem Biol 巻: 10 ページ: 930-936
  • DOI: 10.1038/nchembio.1635
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Active-Site Structure of Thermophilic Foc-Subunit Ring in Membranes Elucidated by Solid-State NMR (2014)
  • 著者名/発表者名: Kang S, Todokoro Y, Yumen I, Shen B, Iwasaki I, Suzuki T, Miyagi A, Morikawa K, Yoshida M, Fujiwara T, Akutsu H
  • 雑誌名: Biophys J 巻: 106 ページ: 390-398
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2013.12.005
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Evaluation of intra-mitochondrial ATP levels identifies G0/G1 switch gene 2 as a positive regulator of oxidative phosphorylation. (2014)
  • 著者名/発表者名: 4.Kiota H, Kato H, Fujikawa M, Tsukamoto O, Suzuki T, Imamura H, Nakano A, Higo S, Yamazaki S, Matsuzaki T, Takafuji K, Asanuma H, Asakura M, Minamino T, Shintani Y, Toshida M, Noji H, Kitakaze M, Komuro I, Asano Y, Takashima S
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA 巻: 111 ページ: 273-278
  • DOI: doi: 10.1073/pnas.1318547111
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Mammalian and Bacterial ATP Synthase: Rotation and Regulation (2015)
  • 著者名/発表者名: Ｍａｓａｓｕｋｅ Ｙｏｓｈｉｄａ
  • 学会等名: Ｇｏｒｄｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｏｎｆｆｅｒｅｎｃｅ
  • 発表場所: 米国、ボストン近郊
  • 年月日: 2015-06-21 – 2015-06-21
  • 招待講演
• [学会発表] ATP合成酵素の機能と構造 (2014)
  • 著者名/発表者名: 吉田賢右
  • 学会等名: 細胞生物学会
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2014-06-13 – 2014-06-13
  • 招待講演
• [備考] 吉田賢右 らのグループが人間の細胞のエネルギー分子（ATP）を合成する酵素のメカニズムを解明
  • URL: http://www.kyoto-su.ac.jp/more/2014/305/20141006_news.html