時計タンパク質複合体のX線結晶構造解析と複合体形成のダイナミクス

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13033017
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 石浦 正寛 名古屋大学, 遺伝子実験施設, 教授 (20132730)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石野 良純 株式会社生物分子工学研究所, 主任研究員 ; 井原 邦夫 名古屋大学, 遺伝子実験施設, 助手 (90223297) ; 杉山 康雄 名古屋大学, 遺伝子実験施設, 助教授 (70154507)
• Keywords: 生物時計 / 時計タンパク質 / X線結晶構造解析 / 好熱性藍植細菌 / Thermosynechococcus elongatus BP-1

Research Abstract

多くの生物において、様々な生理現象の活性が24時間の周期で変動することが知られており、我々はこの細胞内のリズム発振分子機構を「生物時計」と呼んでいる。この生物時計は、地球の自転に伴い24時間周期で繰り返される光や温度などの外部環境の変化に適応するための機構と考えられている。我々は藍色細菌で生物時計の中核遺伝子クラスターkaiABCを同定し、その発現機構を分子遺伝学的に詳細に解析した。今後は生物時計を非常に精巧な分子装置である「生物時計装置」と捉え、生物時計装置を構築する時計タンパク質、時計関連タンパク質の諸性質・物性を生化学的・生物物理化学的・構造生物学的手法を用いて解明する。
タンパク質科学の研究に適した耐熱性タンパク質を利用するために、日本の温泉から単離され、既に幾つかのタンパク質のX線結晶構造解析で成果をあげている好熱性藍色細菌Thermosynechococcus elongatus BP-1由来のタンパク質を用いて生物時計の実験系を構築した。
これまでに、KaiBの結晶から良好な回折像を得ることができ、現在位相決定を行っている。KaiAについて、生化学的解析の積み重ねから完全長のKaiAは結晶化し難いと判断した。同時にKaiAは三つのドメイン構造(N末端ドメイン、uzドメイン、C末端ドメイン)からなること、C末端ドメインにKaiAの主要な機能が存在することを見いだした。そこで、C末端ドメインの結晶構造解析に臨んだところ、良好な回折点を示す結晶を得ることができた。現在位相の決定を行っている。KaiC、Pexとも結晶は得られているが、結晶サイズの問題、結晶化の再現性の問題、回折点が得られない問題に直面している。これら問題を引き起こす原因を生化学的・生物物理化学的解析から見いだすことができた。現在、新たに変異タンパク質を調製し、結晶化をはじめている。

Research Products

• [Publications] Fumio Hayashi: "ATP-induced Hexamer formation and structure of the cyanobacterial circadian clock protein KaiC"Genes to Cells. 8・3. 287-296 (2003)
• [Publications] Ronald Brudler: "Identification of a new cryptochrome class: structure, function and evolution"Molecular Cell. 11. 59-67 (2003)