イオン共役型回転べん毛モーターにおけるエネルギー変換蛋白質の構造機能解析

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13308038
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 本間 道夫 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 教授 (50209342)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 薬師 寿治 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助手 (30324388) ; 川岸 郁朗 名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (80234037)
• Keywords: 細菌べん毛 / ビブリオ菌 / ナトリウム駆動力 / 運動 / モーター / イオンチャネル / 静電相互作用 / エネルギー変換

Research Abstract

V.alginolyticusの極べん毛はNa^+の電気化学ポテンシャル差により回転し、回転力発生に必須な因子としてPomA, PomB, MotX, MotYの4つのモーター蛋白質(固定子)が同定されている.また、H^+駆動型べん毛モーターの研究から,固定子MotAの細胞質領域と回転子FliGの荷電アミノ酸残基同士の静電相互作用が,回転力発生に重要とするモデルも提唱されている.だが、V.alginolyticusではMotAの相同因子PomAに荷電アミノ酸が保存されているにもかかわらず,これらの残基及びその周辺残基を中性化した変異体(R88A/K89A/E96Q/E97Q/E99Q,以下AAQQQ)では正常な回転を示した。そこで本年度は,FliGとの相互作用に重要とされるPomAの細胞質領域に関する検索をさらに行った.PomA細胞質領域にはAAQQQで中性化した残基以外の荷電残基も保存されているが、AAQQQ変異体にこれらを中性化する変異を導入してもPomAは機能的であった.PomAのランダム変異導入から,細胞質領域への二重変異の導入により運動能を失う変異体を我々は報告している.これらの二重変異を単独で導入すると,R135QあるいはH136Y変異によりPomAは機能を失った.またL131FとT132Mが二重変異で導入されるとPomAは機能を失うが,これらを単独で導入しても機能は保持されていた.しかしAAQQQ変異体へL131FあるいはT132M変異を単独で導入すると,20℃では殆ど影響がみられないが,37℃では運動能が著しく低下することが分かった.温度感受性のモーター蛋白質の変異による運動能変異株は新発見である.以上の運動能の変化が,中性化した荷電アミノ酸残基領域とPomAの131と132残基の相互作用を連想させることから,温度による相互作用変化がPomA-FliG間相互作用の変化を引き起こし運動能を低下させるとの仮説をたて,検証を進めている.

Research Products

• [Publications] Asai, Y. et al.: "Ion-coupling determinants of Na^+-driven and H^+-driven flagellar motors"J.Mol.Biol.. 327. 453-463 (2003)
• [Publications] Shiomi, D. et al.: "Dual recognition of the bacterial chemoreceptor by chemotaxis-specific cbmains of the CheR methyltransferase"J.Biol.Chem. 277. 42325-42333 (2002)
• [Publications] Yorimitsu, T. et al.: "The systematic substitutions around the conserved charged residues of the cytoplasmic loop of Na^+-driven flagellar motor component PomA"J.Mol.Biol.. 320. 403-413 (2002)