Ｖ１―ＡＴＰａｓｅモーターにおけるＡＴＰ加水分解機構の立体構造基盤

2013 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 23370047
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 構造生物化学
• 研究機関: 千葉大学
• 研究代表者: 村田 武士 千葉大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (80415322)
• 研究分担者: 山登 一郎 東京理科大学, 基礎工学部, 教授 (70111458)
• 連携研究者: 西條 慎也 東京理科大学, 基礎工学部, 助教 (80419001) ; 水谷 健二 東京理科大学, 基礎工学部, 博士研究員 (10525570)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• キーワード: 分子モーター / 酵素反応 / V-ATPase / X線結晶構造解析 / ATP

研究概要

V型ATPaseはATP合成酵素（F-ATPase）と類似した構造をもつナノ分子モーター／プロトンポンプである。本研究ではV型ATPaseのATP加水分解反応に伴った回転分子機構の解明を目的に、ヌクレオチド結合型及び反応中間体のV1-ATPaseのX線結晶構造解析や重要残基変異体の構造機能解析を行った。
まず、AMP-PNP結合型及びリン酸結合型V1-ATPaseのX線結晶構造を明らかにした。さらに、ヌクレオチド結合部位やDG複合体結合部位の部位特異的変異体を作製し、機能解析を行った。これらの結果に基づき、本酵素のATP加水分解反応に伴った回転反応の分子メカニズムモデルを提案した。

研究成果

• [雑誌論文] Mutant LV476-7AA of A-subunit of Enterococcus hirae V 1-ATPase : High affinity of A3B3 complex to DF axis and low ATPase activity (2013)
  • 著者名/発表者名: Md. Jahangir Alam, Ichiro Yamato, Satoshi Arai, Shinya Saijo, Kenji Mizutani, Yoshiko Ishizuka-Katsura, Noboru Ohsawa, Takaho Terada, Mikako Shirouzu, Shigeyuki Yokoyama, So Iwata, Yoshimi Kakinuma and Takeshi Murata
  • 雑誌名: SpringerPlus 巻: 2 ページ: 689
  • 査読あり
• [雑誌論文] Basic properties of rotary dynamics of the molecular motor Enterococcus hirae V 1-ATPase (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Minagawa, Hiroshi Ueno, Mayu Hara, Yoshiko Ishizuka-Katsura, Noboru Ohsawa, Takaho Terada, Mikako Shirouzu, Shigeyuki Yokoyama, Ichiro Yamato, Eiro Muneyuki, Hiroyuki Noji, Takeshi Murata and Ryota Iino
  • 雑誌名: J. Biol. Chem 巻: 288 ページ: 32700-32707
  • DOI: 10.1074/jbc.M113.506329
  • 査読あり
• [雑誌論文] Loose Binding of the DF Axis with the A 3B3 Complex Stimulates the Initial Activity of Enterococcus hirae V 1-ATPase (2013)
  • 著者名/発表者名: Md. Jahangir Alam, Satoshi Arai, Shinya Saijo, Kano Suzuki, Kenji Mizutani, Yoshiko Ishizuka-Katsura, Noboru Ohsawa, Takaho Terada, Mikako Shirouzu, Shigeyuki Yokoyama, So Iwata, Yoshimi Kakinuma, Ichiro Yamato and Takeshi Murata
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 8 ページ: e74291
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0074291
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biochemical and biophysical properties of interactions between subunits of the peripheral stalk region of human V-ATPase (2013)
  • 著者名/発表者名: Suhaila Rahman, Ichiro Yamato, Shinya Saijo, Kenji Mizutani, Yoshiko Ishizuka-Katsura, Noboru Ohsawa, Takaho Terada, Mikako Shirouzu, Shigeyuki Yokoyama, So Iwata and Takeshi Murata
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 8 ページ: e55704
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0055704
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rotation mechanism of Enterococcus hirae V 1-ATPase based on asymmetric crystal structures (2013)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Arai, Shinya Saijo, Kano Suzuki, Kenji Mizutani, Yoshimi Kakinuma, Yoshiko Ishizuka-Katsura, Noboru, Ohsawa, Takaho Terada, Mikako Shirouzu, Shigeyuki Yokoyama, So Iwata, Ichiro Yamato and Takeshi Murata
  • 雑誌名: Nature 巻: 493 ページ: 703-707
  • DOI: 10.1038/nature11778
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sarkosyl is a good regeneration reagent for studies on vacuolar-type ATPase subunit interactions in Biacore experiments (2011)
  • 著者名/発表者名: Suhaila Rahman, Satoshi Arai, Shinya Saijo, Ichiro Yamato, and Takeshi Murata
  • 雑誌名: Anali. Biochem 巻: 418 ページ: 301-303
  • DOI: 10.1016/j.ab.2011.07.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mass Spectrometry of intact V-type ATPases reveals bound lipids and the effects of nucleotide binding (2011)
  • 著者名/発表者名: Min Zhou, Nina Morgner, Nelson P. Barrera, Argyris Politis, Shoshanna C Isaacson, Dijana Matak-Vinković, Takeshi Murata, Ricardo A. Bernal, Daniela Stock and Carol V. Robinson
  • 雑誌名: Science 巻: 334 ページ: 380-385
  • DOI: 10.1126/science.1210148
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structure of the central axis DF complex of V-ATPase (2011)
  • 著者名/発表者名: Shinya Saijo, Satoshi Arai, Khandoker M. M. Hossain, Kano Suzuki, Ichiro Yamato, Yoshimi Kakinuma, Yoshiko Ishizuka-Katsura, Noboru, Ohsawa, Takaho Terada, Mikako Shirouzu, Shigeyuki Yokoyama, So Iwata, and Takeshi Murata
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 巻: 108 ページ: 19955-19960
  • DOI: 10.1073/pnas.1108810108
  • 査読あり
• [学会発表] Rotation mechanism of V-ATPase based on crystal structures (2014)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Murata
  • 学会等名: Gordon Research Conference (Protons and Membrane Reactions)
  • 発表場所: Ventura( アメリカ)
  • 年月日: 2014-02-27
• [学会発表] 創薬につながるV-ATPaseの構造と機能 (2013)
  • 著者名/発表者名: 村田武士
  • 学会等名: 第86回生化学会シンポジウム
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2013-09-12
• [学会発表] Rotation mechanism of V1-ATPase based on asymmetric crystal structures (2013)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Murata
  • 学会等名: International Conference on Structural Genomics 2013
  • 発表場所: Sapporo
  • 年月日: 2013-07-31
• [学会発表] Rotation mechanism of Enterococcus hirae V1-ATPase based on asymmetric crystal structures (2013)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Murata
  • 学会等名: Gordon Research Conference in Molecular and Cellular Bioenergetics
  • 発表場所: New Hampshire (アメリカ)
  • 年月日: 2013-06-26
• [学会発表] Crystallization of membrane proteins using functional antibody fragments (2012)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Murata
  • 学会等名: AsCA 12/CRYSTAL 28 and Bragg Centennial Symposium
  • 発表場所: オーストラリア(アデレード)
  • 年月日: 2012-12-03
• [学会発表] V1-ATPase のX線結晶構造解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 村田武士
  • 学会等名: 第37回生体エネルギー研究会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2011-12-22
• [学会発表] Enterococcus hirae 由来V1-ATPaseの結晶構造解析 (2011)
  • 著者名/発表者名: 西條慎也
  • 学会等名: 第84回生化学会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2011-09-22
• [学会発表] Crystal structure of V1-ATPase from Enterococcus hirae (2011)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Murata
  • 学会等名: Gordon Research Conference in Molecular and Cellular Bioenergetics
  • 発表場所: New Hampshire (アメリカ)
  • 年月日: 2011-06-30
• [学会発表] V1-ATPaseの結晶構造から見えてきた回転メカニズム (2011)
  • 著者名/発表者名: 村田武士
  • 学会等名: 第11回日本蛋白質科学会ワークショップ
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2011-06-09
• [図書] 回転分子モーターの動作原理-F1モーターとV1モーターの違い-生物物理 (2014)
  • 著者名/発表者名: 村田武士
  • 総ページ数: 079-084
• [図書] Cell-free expression of protein complexes for structural biology, Methods Mol. Biol (2014)
  • 著者名/発表者名: Takaho Terada, Takeshi Murata, Mikako Shirouzu and Shigeyuki Yokoyama
  • 総ページ数: 151-159
• [図書] V-ATPaseの分子メカニズム, 膜タンパク質構造研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 水谷健二, 山本三沙岐, 村田武士
  • 総ページ数: 35-43
  • 出版者: 化学同人
• [図書] 「膜タンパク質」の重要性とその構造が拓く未来, 膜タンパク質構造研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 村田武士, 野村紀通, 小林拓也, 岩田想
  • 総ページ数: 1-10
  • 出版者: 化学同人
• [図書] 骨粗しょう症に関与する分子モーターの回転メカニズムと創薬への取組み, アンチエイジングシリーズ3「骨研究最前線」 (2013)
  • 著者名/発表者名: 水谷健二, 村田武士
  • 総ページ数: 119-122
  • 出版者: NTS
• [図書] 抗体を用いた膜タンパク質の結晶構造解析, 新機能抗体開発ハンドブック (2012)
  • 著者名/発表者名: 日野智也, 岩田想, 村田武士
  • 総ページ数: 389-394
  • 出版者: NTS
• [備考]
  • URL: http://murata-lab.matrix.jp