ナトリウムイオン駆動型膜内回転モーターの力発生機構の解明

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Innovative nanoscience of supermolecular motor proteins working in biomembranes
• Project/Area Number: 18074003
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 本間 道夫 Nagoya University, 大学院・理学研究科, 教授 (50209342)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小嶋 誠司 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助教 (70420362) ; 柿沼 喜己 愛媛大学, 農学部, 教授 (80134394)
• Keywords: モーター / ナノテク / ナトリウムイオン / 生体エネルギー / べん毛

Research Abstract

べん毛モーターの回転力のエネルギー源は電気化学的ポテンシャル差によるイオンの流入である。大腸菌ではMotA/MotBのH^+チャネル機能、ビブリオ菌ではPomA/PomBのNa^+チャネル機能に伴う電気化学ポテンシャル差により回転力が生み出される。しかしながら、どのようにして電気化学的ポテンシャル差がべん毛の機械的回転力に変換されているのかは不明のままである。本研究課題では、べん毛超分子複合体での固定子-回転子間相互作用の詳細を明らかにすることを目標にしている。昨年度は、保存されたアスパラギン酸残基PomB-D24がNa^+の結合残基であることを全反射赤外分光法(ArR-FTIR)によって明らかにした。本年度は、PomA/B複合体のNa^+の透過経路と結合残基について検討するために、イオン透過経路を形成すると考えられるPomBの膜貫通領域の残基に変異を導入し、PomB-L28A/C31A変異体の運動能回復変異体の変異が、PomAの4番目の膜貫通領域のPomA-L183Fに存在することを示した。Po血の4番目の膜貫通領域がMotBの膜貫通領域と向かい合い、イオン透過経路を形成していることを示唆している。さらに、共役イオンの結合残基であり必須と言われているPomB-D24の電荷をアスパラギンに置換することで無くしても、べん毛を回転させることができる変異であるPomA-N194Dを4番目の膜貫通領域で見つけた。このPomA-N194を様々なアミノ酸で置換し、運動能を解析すると、NからDに置換し電荷を持たせ時、特に運動能が低下した。この結果は、PomB-D24とPomA-N194Dの間のアスパラギン酸残基の電気的な反発が起きているか、あるいはイオン結合ポケットのNa^+に対する親和性が強くなりすぎていると考えられた。

Research Products

• [Journal Article] Functional transfer of an essential aspartate for the ion binding site in the stator proteins of the bacterial flagellar motor. (2010)
  • Author(s): Terashima, H., Kojima, S., Homma, M.
  • Journal Title: J.Mol.Biol. VOL.397 Pages: 689-696
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interaction between Na^+ ion and carboxylates of the PomA-PomB statorunit studied by ATR-FTIR spectroscopy. (2009)
  • Author(s): Sudo, Y., Kitade, Y., Furutani, Y., Kojima, M., Kojima, S., Homma, M., Kandori, H.
  • Journal Title: Biochemistry VOL.48 Pages: 11699-11705
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tributyltin sensitivity of vacuolar-type Na^+-transporting ATPase from Enterococcus hirae. (2009)
  • Author(s): Chardwiriyapreecha, S., Inoue, T., Sugimoto, N., Sekito, T., Yamato, I., Murata, T., Homma, M., Kakinuma, Y.
  • Journal Title: J.Toxicol.Sci VOL.34 Pages: 575-579
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamic behavior of giant liposomes at desired osmotic pressures. (2009)
  • Author(s): Ohno, M., Hamada, T., Takiguchi, K., Homma, M.
  • Journal Title: Langmuir VOL.25 Pages: 11680-11685
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Comparative study of the ion flux pathway in stator units of proton- and sodium-driven flagellar motors. (2009)
  • Author(s): Sudo, Y., Terashima, H., Abe-Yoshizumi, R., Kojima, S., Homma, M.
  • Journal Title: Biophysics VOL.5 Pages: 45-52
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The peptidoglycan-binding (PGB) domain of the Escherichia coli Palprotein can also function as the PGB domain in E.coli flagellar motorprotein MotB. (2009)
  • Author(s): Hizukuri, Y., Morton, J.F., Yakushi, T., Kojima, S., Homma, M.
  • Journal Title: J.Biochem VOL.146 Pages: 219-229
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Ion flux pathway of stator comlex in sodium-driven flagellar motor (2010)
  • Author(s): 本間道夫
  • Organizer: ゴードン会議
  • Place of Presentation: ベンチュラビーチマリオット(アメリカ)
  • Year and Date: 20100124-20100129
• [Presentation] 超分子べん毛モーター膜タンパクの集合解離と回転 (2009)
  • Author(s): 本間道夫
  • Organizer: 平成21年度生理学研究所研究会「作動中の膜機能分子の姿を捉える-静止画から動画へ-」
  • Place of Presentation: 自然科学研究機構 岡崎コンファレンスセンター(岡崎市)
  • Year and Date: 20090903-20090904
• [Presentation] イオン駆動型べん毛モーターのエネルギー変換複合体の構造機能解析 (2009)
  • Author(s): 本間道夫
  • Organizer: 膜超分子モーターの革新的ナノサイエンス第6回班会議
  • Place of Presentation: 万国津梁館(那覇市)
  • Year and Date: 20090616-20090619