新規糖脂質MPIaseを利用した機能的膜タンパク質の可溶化剤の開発

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25660073
• 研究機関: 岩手大学
• 研究代表者: 西山 賢一 岩手大学, 農学部, 教授 (80291334)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: MPIase / 膜タンパク質 / 可溶化剤

研究実績の概要

MPIaseは糖脂質でありながら膜タンパク質の膜挿入を触媒する、「糖脂質酵素（Glycolipozyme）」と呼ぶべき機能をもっている。膜挿入機構の解析の結果、MPIaseの糖鎖部分は膜タンパク質の膜貫通領域と直接相互作用し、膜挿入中間体を形成することを明らかにした。このことは、MPIaseの糖鎖部分が膜タンパク質一般に適用できる可溶化剤として利用できることが強く示唆されていた。MPIaseを酢酸処理するとMPIaseの糖鎖部分が未修飾のまま回収できることが判明したが、この糖鎖は膜挿入活性、膜タンパク質との相互作用能のどちらも喪失していた。そのため、MPIaseをピロリン酸フォスファターゼで消化し、脂質部分を除去したPP-MPIaseを調製したところ、膜挿入活性、膜タンパク質との相互作用能のどちらも保持されていた。これまでの研究では、放射能標識した微量の膜タンパク質を基質として用いていた。そのため、PP-MPIaseが化学量の基質膜タンパク質に対応できるかどうか不明であった。そこで、従来から使用してきた膜タンパク質（3L-Pf3 coatタンパク質）を過剰生産し、均一にまで精製した。この精製3L-Pf3 coatとPP-MPIaseは可溶性複合体を形成することが明らかとなった。さらに、この3L-Pf3 coatは効率よく膜挿入することも明らかとなった。さらにPP-MPIaseの改良が必要であるものの、PP-MPIaseはmg/ml程度の濃度の膜タンパク質を可溶化できることが明らかとなり、膜タンパク質可溶化剤として有効であることが判明した。

研究成果

• [雑誌論文] Structural basis of Sec-independent membrane protein insertion by YidC (2014)
  • 著者名/発表者名: Kumazaki, K., Chiba, S., Takemoto, M., Furukawa, A., Nishiyama, K., Sugano, Y., Mori, T., Dohmae, N., Hirata, K., Nakada-Nakura, Y. Maturana, A.D., Tanaka, Y., Mori, H., Sugita, Y., Arisaka, F., Ito, K., Ishitani, R., Tsukazaki, T. and Nureki, O.
  • 雑誌名: Nature 巻: 509 ページ: 516-520
  • DOI: doi:10.1038/nature13167
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Glycolipozyme membrane protein integrase (MPIase): recent data (2014)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, K. and Shimamoto, K.
  • 雑誌名: BioMol Concepts 巻: 5 ページ: 429-438
  • DOI: doi: 10.1515/bmc-2014-0030
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] タンパク質膜挿入の鍵を握るグライコリポザイム～タンパク質でない酵素？～ (2014)
  • 著者名/発表者名: 島本啓子、西山賢一
  • 雑誌名: 実験医学増刊「代謝」 巻: 32 ページ: 115-122
  • 査読あり
• [雑誌論文] 膜タンパク質膜挿入の鍵を握る糖脂質酵素MPIase (2014)
  • 著者名/発表者名: 島本啓子、西山賢一
  • 雑誌名: 生命化学研究レター 巻: 44 ページ: 9-14
  • オープンアクセス
• [学会発表] タンパク質膜挿入・膜透過に関与する糖脂質酵素（Glycolipozyme）MPIaseの構造と機能 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西山 賢一、前田 将秀、Moser Michael、楠本 正一、徳田 元、島本 啓子
  • 学会等名: 日本農芸化学会2015年度大会 大会シンポジウム「天然物ケミカルバイオロジー研究の新展開」
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2015-03-29
  • 招待講演
• [学会発表] 糖脂質酵素MPIaseと タンパク質膜透過チャネル SecYEGに依存したタンパク質膜挿入反応の再構成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐々木優、永野孝典、Michael Moser、松林英明、車兪澈、上田卓也、西山 賢一
  • 学会等名: 日本農芸化学会2015年度大会
  • 発表場所: 岡山大学（岡山県岡山市）
  • 年月日: 2015-03-28
• [学会発表] Reconstitution of preprotein translocation across and membrane protein integration into the cytoplasmic membrane of E. coli (2014)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, K.
  • 学会等名: 「細胞を創る」研究会 7.0
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
  • 年月日: 2014-11-13
  • 招待講演
• [学会発表] Interaction between MPIase, a glycolipid involved in membrane protein integration and preprotein translocation, and its target proteins (2014)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, K.
  • 学会等名: The 3rd International Symposium on Chemical Biology of Natural Products: Target ID and Regulation of Bioactivity
  • 発表場所: Life Science Center, Senri Osaka (Toyonaka,Osaka)
  • 年月日: 2014-10-28
• [学会発表] タンパク質膜挿入に関与する糖脂質酵素MPIase とYidC との機能的相互作用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西山賢一
  • 学会等名: 第9回 無細胞生命科学研究会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2014-10-09
• [学会発表] タンパク質膜挿入に関与する糖脂質酵素MPIase の植物ホモログの探索 (2014)
  • 著者名/発表者名: 遠藤佑太、松林英明、車兪澈、上田卓也、西山 賢一
  • 学会等名: 第9回 無細胞生命科学研究会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2014-10-08
• [学会発表] タンパク質膜挿入・膜透過に関与する糖脂質酵素（Glycolipozyme）MPIaseの構造と機能 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西山賢一
  • 学会等名: 文部科学省特別経費「分子構築イノベーション」フロンティア化学教育研究センター（FCC）講演会
  • 発表場所: 北海道大学（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-09-24
  • 招待講演
• [学会発表] Functional interaction between glycolipozyme MPIase and the YidC protein in protein integration into membranes (2014)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, K.
  • 学会等名: The Gordon Research Conference on Bacterial Cell Surfaces
  • 発表場所: Mount Snow (West Dover, VT, USA)
  • 年月日: 2014-06-23 – 2014-06-26
• [学会発表] タンパク質膜透過・膜挿入に関わる糖脂質酵素MPIaseとYidCとの機能的相互作用 (2014)
  • 著者名/発表者名: Michael Moser、Maria Huber、西山 賢一
  • 学会等名: 第11回 21世紀大腸菌研究会
  • 発表場所: ホテル大観（岩手県盛岡市）
  • 年月日: 2014-06-05 – 2014-06-06
• [学会発表] タンパク質膜挿入・膜透過に関与する糖脂質MPIaseと標的タンパク質との相互作用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西山賢一
  • 学会等名: 新学術領域研究「天然物ケミカルバイオロジー～分子標的と活性制御～」第６回公開シンポジウム
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2014-05-28
• [学会発表] 人工細胞開発のための機能的膜タンパク質試験管内合成システムの構築 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西山賢一
  • 学会等名: 文部科学省科学研究費補助金「新学術領域研究」動的・多要素な生体分子ネットワークを理解するための合成生物学の基盤構築 第五回 領域全体会議
  • 発表場所: 九州大学（福岡県福岡市）
  • 年月日: 2014-05-20
• [学会発表] タンパク質膜透過・膜挿入に関与する糖脂質酵素（glycolipozyme）MPIaseの構造と機能 (2014)
  • 著者名/発表者名: 西山賢一
  • 学会等名: 第258回生物科学セミナー
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2014-04-24
  • 招待講演
• [備考] 西山研ホームページ
  • URL: http://news7a1.atm.iwate-u.ac.jp/~sec/