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2014 年度 実績報告書

Inhibitory factor‐1によるヒトATP合成酵素の制御機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 24570149
研究機関東京大学

研究代表者

鈴木 俊治  東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 主幹研究員 (60618809)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワードATPase / single molecule analysis / F1-ATPase / FoF1-ATP合成酵素
研究実績の概要

本研究課題の目的は、ヒトF1の阻害因子であるIF1の阻害の分子機構を明らかにする事である。しかし哺乳類F1の分子機構はよく分かっておらず、研究の第一段階でヒトF1の回転触媒機構を明らかにする必要があった。そこでまず、ヒトF1のATP加水分解と回転ステップとの対応付け、およびIF1がヒトF1の回転をどの角度で停止させるのかを分析した。その結果、ヒトF1は一回転あたり9点ステップし、ATP一分子分で回転する120度中では3点の止まり(dwell)が存在することが明らかになった。それらのdwellはATP結合を0度とすると、生成物リン酸の解離が65度、加水分解が90度であり、IF1が結合しF1を停止させるのは90度であった。この角度(90度)はATP加水分解が起こる角度であり、IF1はF1のATP加水分解の素過程を阻害するというウシF1のX線結晶構造解析からのモデルと一致した。ヒトF1の回転触媒機構はバクテリア酵素のものとは異なり、さらに高速で回転する為に分析には時間を要したが、様々な新しい知見を得ることができた。そしてこれらの結果は論文出版により公開した(Nature Chem Biol)。
さらに並行して、磁気ピンセットを用いてIF1の阻害機構の分析を行った。その結果、IF1はアジ化ナトリウムやMgADP阻害などの阻害様式とは異なり、F1の回転をほぼ完全にロックし、加水分解方向には回転できない(無理に回すと構造が壊れる)分子状態に陥らせることが判明した。しかしその一方、ATP合成方向にF1を回転させると、IF1は阻害能を解除することが明らかになった。これらの特性は、細胞が飢餓状態の時に、IF1はF1によるミトコンドリア内のATPの浪費(分解)を阻害すると同時に、飢餓状態から栄養状態へ生理状態が回復した際、速やかにATP合成を開始させる事に繋がっていると考えられる。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2014

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (2件) (うち招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [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, Saika, E, and Yoshida, M
    • 雑誌名

      Nature Chemical Biology

      巻: 10 ページ: 930, 936

    • DOI

      10.1038/nchembio.1635

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Vesicular Glutamate Transporters use flexible anion and cation binding sites for efficient accumulation of neurotransmitter.2014

    • 著者名/発表者名
      Preobraschenski, J, Zender, JF, Suzuki, T, and Jahn, R
    • 雑誌名

      Neuron

      巻: 84 ページ: 1287-301

    • DOI

      10.1016/j.neuron.2014.11.008

    • 査読あり
  • [学会発表] 生命のATPシステムを作り出す、FoF1-ATP合成酵素の分子機構2014

    • 著者名/発表者名
      鈴木俊治
    • 学会等名
      東京大学 講演会
    • 発表場所
      東京大学・本郷
    • 年月日
      2014-06-10 – 2014-06-10
    • 招待講演
  • [学会発表] Single molecule analyses of human F1-ATPase revealed distinct rotation scheme of mitochondrial F1 motor.2014

    • 著者名/発表者名
      Toshiharu Suzuki
    • 学会等名
      Tokyo ATPase Workshop
    • 発表場所
      東京大学・本郷
    • 年月日
      2014-06-02 – 2014-06-03
    • 招待講演
  • [図書] 実験医学増刊「構造生命科学で何がわかるのか、何ができるのか」2014

    • 著者名/発表者名
      鈴木俊治、吉田賢右
    • 総ページ数
      150
    • 出版者
      羊土社

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公開日: 2016-06-01  

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