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2015 年度 実績報告書

すべての生物に共通する膜タンパク質形成過程の構造生命科学

研究課題

研究課題/領域番号 26291023
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

塚崎 智也  奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 准教授 (80436716)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード蛋白質 / Sec / 膜タンパク質 / タンパク質輸送 / SecYEG / X線結晶構造解析 / 膜組込み / 構造生命科学
研究実績の概要

生体膜には様々なタンパク質が埋め込まれて機能しているが,これらの形成過程(タンパク質の膜へ組込み)は生命にとって必須の経路である。リボソームによって合成される新生膜タンパク質の多くはSecトランスロコンを経由する。Secトランスロコンは,3つの異なる膜タンパク質からなる複合体で,細菌ではSecYEG複合体,真核生物ではSec61複合体とよばれる。これまでに複数のSecトランスロコンの構造が報告され,タンパク質膜組込みについていくつかのモデルが提唱されてきた。しかしながら,さらなる詳細な理解のためには高い分解能での構造解析が待たれていた。本研究では,脂質キュービック相(LCP)法で得られた結晶から,これまでで最も高分解能(2.7オングストローム分解能)でのSecYEG複合体の構造をX線結晶構造解析により決定した。本構造解析によって,SecGのループがSecYEGにより形成されているタンパク質が通過する経路を塞ぐように位置しているという新しい知見が得られた。続く機能解析や過去の構造との比較,MDシミュレーションの結果から,閉状態のSecYEGでは,分子やタンパク質の拡散を防ぐためにSecGのループが通過経路の「キャップ」として働き,タンパク質が輸送される状態ではその「キャップ」を退けることで,タンパク質の輸送を調節していると考えられた。プラグとよばれる部位が細胞外側から蓋をしているという過去の知見と組み合わせて、SecYEGのタンパク質が通過する経路は,細胞膜の両側から閉ざされ,タンパク質の輸送に応じて開くという新たなモデルを提唱した。さらに,ペプチドが結合した別状態のSecYEGの結晶構造も報告しており,基質タンパク質との相互作用や,膜透過初期の構造変化も議論した。今回の報告は,SecY,SecE,SecGすべての構成要素を含む完全なSecトランスロコンの高分解能の報告であり,生命活動に必須であるタンパク質輸送の基礎研究の発展に大きく貢献するものである。

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

研究計画にそって順調に研究を進めている。本年度は,タンパク質の膜組込みに関わる構造生物学的な解析の論文を報告した。

今後の研究の推進方策

膜タンパク質の膜組込みに関わる膜タンパク質YidCならびにSecYEGの構造を昨年度までに,構造を決定した。これらの構造情報を用いて機能解析をすすめるとともに,YidC, SecYEGを含む複合体の構造解析を進める。タンパク質の膜組込み反応を完全に理解するためには,これら巨大な複合体の解析が欠かせない。大腸菌 SecYEG,YidC は同時に過剰発現させることができ(Bieniossek et al., Nat. Methods 2009),大腸菌 SecYEG,YidCを含む複合体は,適切な界面活性剤を選択すれば単離できる(Duong & Wickner,1997,EMBOJ.)。同様の手法によりT.t. 由来YidCと,Secタンパク質を同時に大腸菌に過剰発現させ,精製する系を組む。様々な界面活性剤を検討し,安定に複合体を精製できる条件を探索する。安定に複合体を単離できれば,結晶化へと進める。

次年度使用額が生じた理由

次年度使用額の使用計画

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2016 2015 その他

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 2件、 謝辞記載あり 2件) 学会発表 (11件) (うち国際学会 7件、 招待講演 6件) 図書 (2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Hydrophilic microenvironment required for the channel-independent insertase function of YidC protein.2015

    • 著者名/発表者名
      Naomi Shimokawa-Chiba, Kaoru Kumazaki, Tomoya Tsukazaki, Osamu Nureki, Koreaki Ito, Shinobu Chiba
    • 雑誌名

      Proc. Natl. Acad. Sci. USA

      巻: 112 ページ: 516-520

    • DOI

      10.1073/pnas.1423817112

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Crystal Structures of SecYEG in Lipidic Cubic Phase Elucidate a Precise Resting and a Peptide-Bound State2015

    • 著者名/発表者名
      Yoshiki Tanaka, Yasunori Sugano, Mizuki Takemoto, Takaharu Mori, Arata Furukawa, Tsukasa Kusakizako, Kaoru Kumazaki, Ayako Kashima, Ryuichiro Ishitani, Yuji Sugita, Osamu Nureki, Tomoya Tsukazaki
    • 雑誌名

      Cell Reports

      巻: 13 ページ: 1531-1568

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2015.10.025

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Structure of YidC reveals a mechanism of Sec-independent membrane protein insertion2015

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Tsukazaki
    • 学会等名
      The 2nd CU-NAIST SYMPOSIUM 2015
    • 発表場所
      チュラロンコン大(タイ・バンコク)
    • 年月日
      2015-12-16
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Complete and peptide-bound structures of the Sec translocon2015

    • 著者名/発表者名
      Yoshiki Tanaka, Yasunori Sugano, Mizuki Takemoto, Takaharu Mori, Arata Furukawa, Tsukasa Kusakizako, Kaoru Kumazaki, Ayako Kashima, Ryuichiro Ishitani, Yuji Sugita, Osamu Nureki, Tomoya Tsukazaki
    • 学会等名
      新学術領域研究「動的秩序と機能」第4回公開国際シンポジウム
    • 発表場所
      九州大学(福岡県・福岡市)
    • 年月日
      2015-11-22 – 2015-11-23
    • 国際学会
  • [学会発表] Structure of YidC reveals a mechanism of Sec-independent membrane protein insertion2015

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Tsukazaki
    • 学会等名
      The 25th Hot Spring Harbor International Symposium Cutting Edge of Technical Innovations in Structural and Systems Biology
    • 発表場所
      九州大学(福岡県・福岡市)
    • 年月日
      2015-11-13 – 2015-11-14
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Structures of Membrane Protein Insertase YidC2015

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Tsukazaki, Kaoru Kumazaki, Shinobu Chiba, Mizuki Takemoto, Arata Furukawa, Toshiki Kishimoto, Yasunori Sugano, Takaharu Mori, Yoshiki Tanaka, Yuji Sugita, Koreaki Ito, Ryuichiro Ishitani, Osamu Nureki
    • 学会等名
      Structural Biological Dynamics: From Molecules to Life with 60 trillion Cells
    • 発表場所
      東京大学(東京都・文京区)
    • 年月日
      2015-11-05 – 2015-11-06
    • 国際学会
  • [学会発表] Cytoplasmic conformational transition of Sec translocon2015

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Tsukazaki
    • 学会等名
      第53回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県・金沢市)
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-15
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Structure and dynamics of Sec protein-conducting channel2015

    • 著者名/発表者名
      Yasunori Sugano, Yoshiki Tanaka, Mizuki Takemoto, Takaharu Mori, Takamitsu Haruyama, Arata Furukawa, Tsukasa Kusakizako, Kaoru Kumazaki, Ayako Kashima, Ryuichiro Ishitani, Hiroki Konno, Yuji Sugita, Osamu Nureki, Tomoya Tsukazaki
    • 学会等名
      第53回日本生物物理学会年会
    • 発表場所
      金沢大学(石川県・金沢市)
    • 年月日
      2015-09-13 – 2015-09-15
    • 国際学会
  • [学会発表] 膜蛋白質結晶化技術の向上により解明されたSec/YidCによる蛋白質輸送機構2015

    • 著者名/発表者名
      塚崎智也
    • 学会等名
      第3回 生体分子サイエンスセミナー
    • 発表場所
      東京工業大学すずかけキャンパス(神奈川県・横浜市)
    • 年月日
      2015-08-31
    • 招待講演
  • [学会発表] Structures of Membrane Protein Insertase YidC2015

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Tsukazaki
    • 学会等名
      Gordon Research Conference 2015, Membrane Protein Folding
    • 発表場所
      ベントリー大学(アメリカ合衆国・マサチューセッツ州)
    • 年月日
      2015-06-21 – 2015-06-26
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] タンパク質分泌マシーナリーの動的精密探査に向けて2015

    • 著者名/発表者名
      菅野泰功,春山隆充,田中良樹, 紺野宏記,塚崎智也
    • 学会等名
      第12回21世紀大腸菌研究会
    • 発表場所
      琵琶湖グランドホテル(滋賀県・大津市)
    • 年月日
      2015-06-04 – 2015-06-05
  • [学会発表] 部位特異的光架橋による YidC-Sec 複合体の 4 次構造決定にむけて2015

    • 著者名/発表者名
      古川新,田中良樹,塚崎智也
    • 学会等名
      第12回21世紀大腸菌研究会
    • 発表場所
      琵琶湖グランドホテル(滋賀県・大津市)
    • 年月日
      2015-06-04 – 2015-06-05
  • [学会発表] プロトン駆動型タンパク質分泌モーター SecDF2015

    • 著者名/発表者名
      塚崎智也
    • 学会等名
      分子研研究会「膜タンパク質内部のプロトンの透過を考える」
    • 発表場所
      岡崎コンファレンスセンター(愛知県・岡崎市)
    • 年月日
      2015-04-20 – 2015-04-21
    • 招待講演
  • [図書] 生化学 882016

    • 著者名/発表者名
      日本生化学会
    • 総ページ数
      153(114-118)
    • 出版者
      国際文献社
  • [図書] SPring-8 Research Frontiers 20142015

    • 著者名/発表者名
      SPring-8/JASRI
    • 総ページ数
      148(26-27)
    • 出版者
      ROKKO Publishing & Sale Co.
  • [備考] 細胞膜を越えるたんぱく質輸送の新たな機構を解明

    • URL

      http://www.naist.jp/pressrelease/detail_j/topics/2162/

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公開日: 2017-01-06  

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