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2012 年度 実績報告書

シアノバクテリアの時計タンパク質による概日時間の生成機構

研究課題

研究課題/領域番号 24000016
研究種目

特別推進研究

研究機関名古屋大学

研究代表者

近藤 孝男  名古屋大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (10124223)

研究分担者 秋山 修志  分子科学研究所, 大学共同利用機関等の部局等, 教授 (50391842)
研究期間 (年度) 2012-05-29 – 2017-03-31
キーワードシアノバクテリア / 生物時計 / 概日リズム / 時間生物学 / 生物物理学 / Kai / 構造生物学 / 周期の温度補償性
研究概要

本研究課題の目的は,シアノバクテリアのKaiタンパク質時計を題材に,概日時計の最も基本的な発振原理を解明し,さらには情報処理能力を備えたタンパク質ファミリーの存在や生物学的意義について検討することである.本年度は,次の4つの点について研究を展開した.
1)KaiCのATPase活性とリン酸化サイクルのメカニズム KaiCのATPase活性は,概日リズムの振動数と比例しかつ温度補償されているという事実からも極めて重要である.周期を決定するATPaseがkinase活性およびphosphatase活性とどのようにカップリングしているかを解明するため,各種変異体を用いた詳細な生化学的活性測定を行った.
2)KaiCの構造生物学的解析/生物物理的機能解析 構造解析に向けた準備として,Kaiタンパク質および各種変異体の調製方法を最適化した.また,整備された蛍光計測システムを用いてKaiCの概日揺らぎを計測し,KaiCの動的な構造変化をアミノ酸レベルでピンポイント計測した.さらに,酵素活性の制御工学的解析等を行った.
3)細胞内でのKaiCリン酸化サイクルの動態 KaiCリン酸化サイクルの同調がKaiAの相対濃度の変化によっておこる可能性を明らかにした.
4)真核生物のKaiCホモログの探索 KaiC様の情報処理機能を備えたタンパク質の候補としてATPase群を広範囲に1次スクリーニングし,幾つかの候補について,2次スクリーニングを行った.

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

平成24年4月に研究分担者の秋山が分子科学研究所へ研究拠点を移し,構造生物学的研究/生物物理学的研究を推進する環境・研究体制を構築するのに一定の期間を要した. また研究代表者は25年3月に定年退職し, 特任教授となった.これに伴い研究室の移動に時間を要した. しかし, それらは予定通り完了し, 新しい体制で研究を進める体制が整備された.
初年度の研究は今後の解析の基礎となる方法の開発を重点的に行なった. その結果, Kaiタンパク質の精製, 熱処理による混入活性の除去, 放射性同位元素による定量の高精度化, タンパク質結晶作製のためのシステムなどの開発が行なわれ, 25年度以降の基礎を固めることができた.具体的な解析の進展としては,ATPaseの温度ステップに対する応答,6量体生成後ATPaseの変動を調べ,KaiC 内に緊張状態が生成していることを示した.また,CIIにおけるリン酸化機構の解析,CI-CII間のカップリング異常変異体の解析が進んだ.

今後の研究の推進方策

当初の計画に従って,「KaiCのATPase活性とリン酸化サイクルのメカニズムの解明」および「KaiCの構造生物学的解析/生物物理的機能解析」を強力に推進する.さらに真核生物の概日リズムの特性を決定するタンパク質のスクリーニングについてもKaiC蛋白質の特徴を生かし,様々な可能性を追求する.25年度は,時間分解能の高いATPase活性の測定を軌道に乗せ,様々変異体や条件で解析を進め,仮説の検証につとめる.またこの条件で新たな変異体のスクリーニングを開始する.一方,構造生物学的解析では高分解能な結晶の作成をめざし,様々な可能性を追求する.

  • 研究成果

    (36件)

すべて 2012 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (33件) (うち招待講演 19件)

  • [雑誌論文] Structural and dynamic aspects of protein clocks: How can they be so slow and stable?2012

    • 著者名/発表者名
      Akiyama, S.
    • 雑誌名

      Cell. Mol. Life. Sci.

      巻: 69 ページ: 2147-2160

    • DOI

      10.1007/s00018-012-0919-3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Circadian autodephosphorylation of cyanobacterial clock protein KaiC occurs via formation of ATP as intermediate2012

    • 著者名/発表者名
      Nishiwaki, T.
    • 雑誌名

      J. Biol. Chem.

      巻: 287 ページ: 18030-18035

    • DOI

      10.1074/jbc.M112.350660.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fluorescence Correlation Spectroscopy to Monitor Kai Protein-based Circadian Oscillations in Real Time.2012

    • 著者名/発表者名
      Goda K
    • 雑誌名

      J. Biol. Chem.

      巻: 287 ページ: 3241-3248

    • DOI

      10.1074/jbc.M111.265777

    • 査読あり
  • [学会発表] Design of circadian clock: harmonic oscillation as the pacemaker and relaxation oscillation as a rhythm driver installed in the lock protein KaiC2012

    • 著者名/発表者名
      Kondo, T.
    • 学会等名
      The 4th NIBB-MPIPZ-TLL Symposium
    • 発表場所
      岡崎カンファレンスセンター(愛知県)
    • 年月日
      20121119-20121121
    • 招待講演
  • [学会発表] Clock protein KaiC as both the pacemaker and the oscillator of circadian clock in cyanobacteria2012

    • 著者名/発表者名
      Kondo, T.
    • 学会等名
      The 9th Okazaki Biology Conference
    • 発表場所
      岡崎カンファレンスセンター(愛知県)
    • 年月日
      20121014-20121018
    • 招待講演
  • [学会発表] 時計タンパク質KaiCのATPaseに備わる分子内フィードバック制御機構の解明

    • 著者名/発表者名
      向山 厚
    • 学会等名
      第39回生体分子科学討論会
    • 発表場所
      東北大学(宮城県)
  • [学会発表] 時計タンパク質KaiCの概日性分子鼓動

    • 著者名/発表者名
      秋山 修志
    • 学会等名
      第12回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県)
    • 招待講演
  • [学会発表] シアノバクテリア時計タンパク質KaiCのATPaseに備わる自己抑制制御機構

    • 著者名/発表者名
      向山 厚
    • 学会等名
      第12回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県)
    • 招待講演
  • [学会発表] シアノバクテリア時計タンパク質KaiCが刻む概日リズム

    • 著者名/発表者名
      向山 厚
    • 学会等名
      第12回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(愛知県)
    • 招待講演
  • [学会発表] 時計タンパク質のダイナミクス

    • 著者名/発表者名
      秋山 修志
    • 学会等名
      放射光将来光源利用サイエンス若手シンポジウム
    • 発表場所
      東京大学(東京都)
    • 招待講演
  • [学会発表] シアノバクテリアDnaAの概日時計機構における機能

    • 著者名/発表者名
      北山陽子,西脇妙子, 近藤孝男
    • 学会等名
      第19回日本時間生物学会学術大会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道)
  • [学会発表] シアノバクテリアの時計蛋白質KaiCのATPase活性と自己リン酸化活性の共役機構の解析

    • 著者名/発表者名
      尾上靖宏, 三輪久美子, 佐藤雅子, 近藤孝男
    • 学会等名
      第19回日本時間生物学会学術大会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道)
  • [学会発表] ATPを中間体とするKaiCの新規脱リン酸化機構とその意義

    • 著者名/発表者名
      大川妙子, 近藤孝男
    • 学会等名
      第19回日本時間生物学会学術大会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道)
  • [学会発表] Kaiタンパク質時計の源振の分子科学的解明に向けて

    • 著者名/発表者名
      秋山 修志
    • 学会等名
      第19回日本時間生物学会学術大会
    • 発表場所
      北海道大学(北海道)
    • 招待講演
  • [学会発表] Circadian pacemaker and oscillator of cyanobacteria installed in KaiC protein

    • 著者名/発表者名
      Kondo, T.
    • 学会等名
      The EMBO meeting 2012
    • 発表場所
      Nice Acropolis (Nice,France)
    • 招待講演
  • [学会発表] Intramolecular feedback regulation of cyanobacerial KaiC ATPase

    • 著者名/発表者名
      向山 厚
    • 学会等名
      第50回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県)
  • [学会発表] Circadian pacemaker and oscillator of cyanobacteria installed in KaiC protein

    • 著者名/発表者名
      Kondo, T.
    • 学会等名
      Seminar at Munchen
    • 発表場所
      Munchen(Germany)
    • 招待講演
  • [学会発表] Tracking and Visualizing Intramolecular Feedback in Cyanobacterial Clock Protein KaiC

    • 著者名/発表者名
      Akiyama, S.
    • 学会等名
      The 12th KIAS Conference on Protein Structure and Function
    • 発表場所
      The Korea Institute for Advanced Study (Seoul,Korea)
    • 招待講演
  • [学会発表] タンパク質の奏でる生体リズム~生物はどのようにして時間をはかるのか?~

    • 著者名/発表者名
      秋山 修志
    • 学会等名
      第95回分子科学フォーラム(市民公開講座)
    • 発表場所
      岡崎カンファレンスセンター(愛知県)
    • 招待講演
  • [学会発表] Circadian pacemaker and oscillator of cyanobacteria installed in KaiC protein

    • 著者名/発表者名
      Kondo, T.
    • 学会等名
      QBiC Symposium, Toward Whole-Cell Modeling
    • 発表場所
      神戸国際会議場(神戸)
    • 招待講演
  • [学会発表] Tracking and Visualizing Intramolecular Feedback in Cyanobacterial Clock Protein KaiC

    • 著者名/発表者名
      Akiyama, S.
    • 学会等名
      15th International Small-angle Scattering Conference 2012
    • 発表場所
      Sydney Convention & Exhibition Centre(Sydney, Australia)
  • [学会発表] シアノバクテリアの一日を刻む時計タンパク質KaiC

    • 著者名/発表者名
      近藤孝男
    • 学会等名
      名古屋大学 理学部講演会
    • 発表場所
      名古屋大学(名古屋市)
    • 招待講演
  • [学会発表] タンパク質が刻む生命の時間

    • 著者名/発表者名
      近藤孝男
    • 学会等名
      第13回 三省堂サイエンスカフェ
    • 発表場所
      三省堂書店(名古屋市)
    • 招待講演
  • [学会発表] 時計タンパク質KaiCによる時計機構

    • 著者名/発表者名
      近藤孝男
    • 学会等名
      横浜市立大学 特別講義
    • 発表場所
      横浜市立大学(横浜市)
    • 招待講演
  • [学会発表] 概日時計タンパク質KaiC六量体におけるリン酸化サイクルの制御機構

    • 著者名/発表者名
      北山陽子, 西脇妙子, 近藤孝男
    • 学会等名
      第85回日本生化学会大会
    • 発表場所
      福岡国際会議場(福岡市)
  • [学会発表] シアノバクテリアの一日を刻む時計蛋白質KaiC

    • 著者名/発表者名
      近藤孝男
    • 学会等名
      第10回プロテインホスファターゼ国際カンファレンス
    • 発表場所
      がん研究振興財団(東京都)
    • 招待講演
  • [学会発表] 周期を規定する時計タンパク質KaiCの構造変化の解析

    • 著者名/発表者名
      向山 厚
    • 学会等名
      平成24年度 生物物理学会中部支部 講演会
    • 発表場所
      名古屋大学(名古屋市)
  • [学会発表] シアノバクテリアの概日システム

    • 著者名/発表者名
      近藤孝男
    • 学会等名
      CREST「生命システムの動作原理と基盤技術」研究領域・公開シンポジウム
    • 発表場所
      アキバホール(東京都)
    • 招待講演
  • [学会発表] ATPを中間体とするシアノバクテリア概日時計蛋白質KaiCの新規自己脱リン酸化機構

    • 著者名/発表者名
      大川妙子
    • 学会等名
      CREST「生命システムの動作原理と基盤技術」研究領域・公開シンポジウム
    • 発表場所
      アキバホール(東京都)
  • [学会発表] シアノバクテリアの時計タンパク質KaiCのATPase活性とKinase活性の分子内カップリング

    • 著者名/発表者名
      三輪久美子
    • 学会等名
      CREST「生命システムの動作原理と基盤技術」研究領域・公開シンポジウム
    • 発表場所
      アキバホール(東京都)
  • [学会発表] シアノバクテリア時計タンパク質KaiCのドメイン間活性制御機構

    • 著者名/発表者名
      尾上靖宏
    • 学会等名
      CREST「生命システムの動作原理と基盤技術」研究領域・公開シンポジウム
    • 発表場所
      アキバホール(東京都)
  • [学会発表] ATPaseとリン酸化に呼応した時計タンパク質KaiCの概日性構造変化

    • 著者名/発表者名
      向山厚
    • 学会等名
      CREST「生命システムの動作原理と基盤技術」研究領域・公開シンポジウム
    • 発表場所
      アキバホール(東京都)
  • [学会発表] 時計タンパク質KaiCに潜む分子内フィードバック機構の解析

    • 著者名/発表者名
      秋山修志
    • 学会等名
      CREST「生命システムの動作原理と基盤技術」研究領域・公開シンポジウム
    • 発表場所
      アキバホール(東京都)
  • [学会発表] Tracking and Visualizing Intramolecular Feedback in Cyanobacterial Clock Protein KaiC

    • 著者名/発表者名
      Akiyama, S.
    • 学会等名
      The 5th Japan-Taiwan joint meeting on neutron and X-ray scattering
    • 発表場所
      KEK 東海キャンパス (茨城県)
    • 招待講演
  • [学会発表] 時計タンパク質の概日揺らぎの分子化学的解明を目指して

    • 著者名/発表者名
      秋山 修志
    • 学会等名
      自然科学研究機構プロジェクト 合同シンポジウム
    • 発表場所
      生理学研究所(愛知県)
    • 招待講演
  • [学会発表] シアノバクテリア時計タンパク質KaiCのリン酸アナログによるATPase活性阻害

    • 著者名/発表者名
      尾上靖宏
    • 学会等名
      2012年度べん毛研究交流会
    • 発表場所
      よろこびの宿 しん喜(群馬)

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公開日: 2014-07-24  

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