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2013 年度 実績報告書

膜超分子べん毛モーターの動的構造変換と機能発現の研究

研究課題

研究課題/領域番号 23247024
研究機関名古屋大学

研究代表者

本間 道夫  名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (50209342)

研究期間 (年度) 2011-04-01 – 2015-03-31
キーワードモーター / べん毛 / エネルギー変換 / 生体膜 / イオン駆動力 / ナトリウムイオン / タンパク質構造変換
研究概要

細菌べん毛モーターは、タンパク質で作られた回転分子機械である。その回転力は、モーター固定子内のチャネルを通って流れるイオンがエネルギーとして使われ、固定子と回転子が相互作用することで作られる。ビブリオ菌のナトリウム駆動べん毛モーターの固定子は、PomAとPomBで構成される。PomBのC末端断片(PomBC)の結晶構造を2.1 オングストロームの分解能で決定し、大腸菌MotBの構造と比較した。それらの構造情報は、固定子が回転子に集合する際にPomBCのN末端領域に大きな構造変化が起こることを示唆していた。構造に基づいて、in vivoでのジスルフィド架橋実験のためPomBに2つのCys残基を導入した二重変異体を作成して運動能を調べた。その結果、いくつかの変異の組み合わせで運動能が阻害されることが分かった。還元剤を加えることで、その運動阻害は回復することができた。これらの実験から、固定子が集合して活性化するためには、PomBのα1 ヘリックス(154-164)のN末端の約三分の二部分の構造が変化することが必要だと推測された。また、システイン架橋して機能を欠損しても、固定子のイオン透過性や集合に影響を与えなかったことから、α1ヘリックスとPomBCのコアドメイン間のコンホメーション変化は、回転子に固定子が集合する際の最終段階で起こると考えられた。本研究は、C末端α1ヘリックスとBサブユニットのコアドメインの構造変化が、固定子の回転力発生機能と固定子を回転子の周りに集合する際に重要であることを示した。また、動的なBサブユニットの構造変化により、固定子複合体のチャンネルが開口し、イオン流入が誘発され、回転力が発生する機構の理解に大きく貢献すると考えられる。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当ナトリウム駆動型のモーター固定子について、部分的ではあるが、結晶構造解析に成功した。プロトン型の部分と比較することで、構造変化を予測し、実験により構造変換モデルの改訂ができた。この成果を論文としてまとめることができたため、現在、投稿している。

今後の研究の推進方策

エネルギー変換複合体の力発生蛋白質相互作用が、NMR, Biacore, DSCなどにより検出できなかった。原因の1つはモーター膜蛋白質を大量に精製することが難しい点にある。研究の重点を若干変更し、好熱菌由来の蛋白質の発現系の構築が成功しているので、この蛋白質を使って研究を進めることで、安定な相互作用検出を期待している。

  • 研究成果

    (28件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (22件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Construction of functional fragments of the cytoplasmic loop with the C-terminal region of PomA, a stator component of the Vibrio Na+ driven flagellar motor2014

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Onoue, Rei Abe-Yoshizumi, Mizuki Gohara, Shiori Kobayashi, Noriko Nishioka, Seiji Kojima and Michio Homma
    • 雑誌名

      J Biochem.

      巻: 155(3) ページ: 207-216

    • DOI

      10.1093/jb/mvt115.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Contribution of many charged residues at the stator-rotor interface of the Na+-driven flagellar motor to torque generation in Vibrio alginolyticus.2014

    • 著者名/発表者名
      Norihiro Takekawa, Seiji Kojima and Michio Homma
    • 雑誌名

      J Bacteriol.

      巻: 196(7) ページ: 1377-1385

    • DOI

      10.1128/JB.01392-13.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hybrid-fuel bacterial flagellar motors in Escherichia coli.2014

    • 著者名/発表者名
      Yoshiyuki Sowa, Michio Homma, Akihiko Ishijima and Richard M. Berry
    • 雑誌名

      Proc Natl Acad Sci USA.

      巻: 111(9) ページ: 3436-3441

    • DOI

      10.1073/pnas.1317741111.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Na+ conductivity of the Na+-driven flagellar motor complex composed of unplugged wild-type or mutant PomB with PomA.2013

    • 著者名/発表者名
      Takekawa N, Terauchi T, Morimoto YV, Minamino T, Lo CJ, Kojima S and Homma M.
    • 雑誌名

      J Biochem.

      巻: 153(5) ページ: 441-451

    • DOI

      10.1093/jb/mvt011.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fluorescence imaging of GFP-fused periplasmic components of Na+-driven flagellar motor using Tat pathway in Vibrio alginolyticus.2013

    • 著者名/発表者名
      Norihiro Takekawa, Seiji Kojima and Michio Homma.
    • 雑誌名

      J Biochem.

      巻: 153(6) ページ: 547-553

    • DOI

      10.1093/jb/mvt017.

    • 査読あり
  • [学会発表] Functional and biochemical analysis of the flagellar stator proteins from Aquifex aeolicus2014

    • 著者名/発表者名
      Norihiro Takekawa, Seiji Kojima, Michio Homma
    • 学会等名
      Gordon Research Conference (Sensory Transduction in Microorganisms)
    • 発表場所
      Ventura Beach Marriott(USA)
    • 年月日
      20140112-20140117
  • [学会発表] A subtle conformational change in the periplasmic region of Na+-driven stator protein, is required for torque generation of flagellar motor2014

    • 著者名/発表者名
      Shiwei Zhu, Masato Takao, Na Li, Mayuko Sakuma, Yuuki Nishino, Michio Homma, Seiji Kojima and Katsumi Imada
    • 学会等名
      Goron Research Conference (Protons&Membrane Reactions)
    • 発表場所
      Ventura Beach Marriott(USA)
    • 年月日
      20140112-20140117
  • [学会発表] Na+駆動型べん毛モーター固定子タンパク質PomBの機能に重要なペリプラズム側構造変化の解析

    • 著者名/発表者名
      朱世偉、高尾真登、李娜、佐久間麻由子、本間道夫、小嶋誠司、今田勝巳
    • 学会等名
      第77回日本生化学会中部支部例会
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県)
  • [学会発表] 細菌べん毛の本数を負に制御する FlhG 蛋白質における推定 ATPase モチーフの役割

    • 著者名/発表者名
      小野宏樹、小嶋誠司、本間道夫
    • 学会等名
      第77回日本生化学会中部支部例会
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県)
  • [学会発表] Structure-function analyses of the large conformational change required for the stator activation and assembly in the bacterial flagellar motor

    • 著者名/発表者名
      Shiwei Zhu, Masato Takao, Na Li, Mayuko Sakuma, Michio Homma, Seiji Kojima and Katsumi Imada
    • 学会等名
      Asian Biophysic Association (ABA) Symposium
    • 発表場所
      Ramada Plaza Jeju hotel (韓国)
  • [学会発表] Role of ATP binding motif of FlhG, a component that regulates the number and placement of the polar flagellum in Vibrio alginolyticus.

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Ono, Seiji Kojima and Michio Homma
    • 学会等名
      Asian Biophysic Association (ABA) Symposium
    • 発表場所
      Ramada Plaza Jeju hotel (韓国)
  • [学会発表] Vibrio alginolyticus べん毛モータ固定子ンパク質 PomBのペリプラズム領域の構造と機能解析

    • 著者名/発表者名
      Shiwei Zhu、高尾 真登、Na Li、佐久間 麻由子、今田 勝己、本間 道夫、小嶋 誠司
    • 学会等名
      第50回日本細菌学会中部支部総会
    • 発表場所
      ホテル竹島(愛知県)
  • [学会発表] Biochemical properties of FlhG, a negative regulator for the number of the polar flagellum in Vibrio alginolyticus

    • 著者名/発表者名
      Akari Takashima, Hiroki Ono, Michio Homma, Seiji Kojima
    • 学会等名
      第51回日本生物物理学会
    • 発表場所
      国立京都国際会館(京都府)
  • [学会発表] Structure analysis of the basal body with C-ring components from Vibrio alginolyticus.

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Inaba, Hidemaro Hotta, Seiji Kojima, Michio Homma
    • 学会等名
      第51回日本生物物理学会
    • 発表場所
      国立京都国際会館(京都府)
  • [学会発表] Characterization of the stator proteins of flagellar motor from extreme thermophile Aquifex aeolicus

    • 著者名/発表者名
      Norihiro Takekawa, Mizuki Gohara, Seiji Kojima, Michio Homma
    • 学会等名
      第51回日本生物物理学会
    • 発表場所
      国立京都国際会館(京都府)
  • [学会発表] Flagellar motility inhibition by PlzD, a YcgR homolog of c-di-GMP binding protein, in Vibrio alginolyticus

    • 著者名/発表者名
      Takuro Yoneda, Wakako Morimoto, Seiji Kojima, Michio Homma
    • 学会等名
      第51回日本生物物理学会
    • 発表場所
      国立京都国際会館(京都府)
  • [学会発表] Role of ATP binding motif of FlhG, a MinD homolog, which regulates the number of the polar flagellum in Vibrio alginolyticus

    • 著者名/発表者名
      Hiroki Ono, Seiji Kojima, Michio Homma
    • 学会等名
      第51回日本生物物理学会
    • 発表場所
      国立京都国際会館(京都府)
  • [学会発表] Stator activation requires conformational change in the periplasmic region of PomB, a Na+-driven stator protein

    • 著者名/発表者名
      Shiwei Zhu, Masato Takao, Na Li, Mayuko Sakuma, Michio Homma, Seiji Kojima, Katsumi Imada
    • 学会等名
      第51回日本生物物理学会
    • 発表場所
      国立京都国際会館(京都府)
  • [学会発表] 好熱性細菌Aquifex aeolicusのべん毛モーター固定子の大量発現・精製系の確立と機能解析

    • 著者名/発表者名
      竹川宜宏、郷原瑞樹、小嶋誠司、本間道夫
    • 学会等名
      日本生体エネルギー研究会第39回討論会
    • 発表場所
      静岡県コンベンションアーツセンター グランシップ(静岡県)
  • [学会発表] ビブリオ菌の極べん毛本数を負に制御する因子FlhGのATPaseモチーフの役割

    • 著者名/発表者名
      小野宏樹、高島明里、本間道夫、小嶋誠司
    • 学会等名
      日本生体エネルギー研究会第39回討論会
    • 発表場所
      静岡県コンベンションアーツセンター グランシップ(静岡県
  • [学会発表] Vibrio polar-flagellar motor structure and functional assembly

    • 著者名/発表者名
      Michio Homma
    • 学会等名
      IGER international symposium on cell surface structure and functions
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県)
    • 招待講演
  • [学会発表] 高度好熱菌Aquifex aeolicusの固定子の機能解析と精製

    • 著者名/発表者名
      竹川宜宏、郷原瑞樹、小嶋誠司、本間道夫
    • 学会等名
      第19回べん毛研究交流会
    • 発表場所
      県立広島大学サテライトキャンパス(広島県)
  • [学会発表] ビブリオ菌のべん毛本数を負に制御するFlhGタンパク質の生化学的解析

    • 著者名/発表者名
      高島明里、小野宏樹、小嶋誠司、本間道夫
    • 学会等名
      第19回べん毛研究交流会
    • 発表場所
      県立広島大学サテライトキャンパス(広島県)
  • [学会発表] Na+駆動型細菌べん毛モーター固定子の機能的集合と構造変化

    • 著者名/発表者名
      朱世偉、高尾真登、李娜、佐久間麻由子、西野優紀、本間道夫、小嶋誠司、今田勝己
    • 学会等名
      平成25年度生物物理学会中部支部総会
    • 発表場所
      岡崎コンファレンスセンター(愛知県)
  • [学会発表] 高度好熱性バクテリアAquifex aeolicus由来のべん毛モーター固定子タンパク質の機能と精製系の確立

    • 著者名/発表者名
      竹川宜宏、郷原瑞樹、小嶋誠司、本間道夫
    • 学会等名
      平成25年度生物物理学会中部支部総会
    • 発表場所
      岡崎コンファレンスセンター(愛知県)
  • [学会発表] ビブリオ菌のべん毛本数を負に制御するFlhGタンパク質の生化学的解析

    • 著者名/発表者名
      高島明里、小野宏樹、小嶋誠司、本間道夫
    • 学会等名
      平成25年度生物物理学会中部支部総会
    • 発表場所
      岡崎コンファレンスセンター(愛知県)
  • [学会発表] c-di-GMP 結合タンパク質 YcgR ホモログであるビブリオ菌 PlzD によるべん毛運動阻害

    • 著者名/発表者名
      小嶋 誠司,本間 道夫
    • 学会等名
      第87回日本細菌学会総会
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京都)
  • [備考] 名古屋大学 大学院理学研究科 生命理学専攻 超分子機能学講座 生体膜機能グループ

    • URL

      http://bunshi4.bio.nagoya-u.ac.jp/%7ebunshi4/fourth.html

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公開日: 2015-05-28  

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