2016 Fiscal Year Annual Research Report
Energy transduction mechanism of the bacterial flagellar protein export apparatus
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26293097
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
南野 徹 大阪大学, 生命機能研究科, 准教授 (20402993)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 細菌 / 遺伝学 / 蛋白質 / 一分子計測（SMD) / 感染症 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、光学顕微ナノ計測装置を活用し、遺伝的および生化学的手法を組み合わせることで、ATPおよび細胞膜を横切るイオン駆動力を動力源とするべん毛蛋白質輸送装置のエネルギー変換の分子機構の解明することを目指している。本年度の主な成果は以下に示す。
1. 蛍光イメージング法によりべん毛繊維の成長速度を定量的に解析した結果、べん毛繊維の形成初期は1分間に100 nm伸長すること、その後べん毛繊維が長くなるに伴って、べん毛繊維の伸長速度が20 nm/minにまで低下することを見出した。
2. pH感受性蛍光蛋白質を輸送装置の近傍に標識して局所pH計測を行った結果、わずか1μmほどのバクテリア細胞内でpH勾配が形成されていること、さらに、べん毛蛋白質輸送装置がATP加水分解とプロトン駆動力をカップルさせて利用することで効率的な蛋白質輸送を行っていることを明らかにした。
3. 膜電位を上昇させると、水素イオンやナトリウムイオンの濃度勾配が消失しても、べん毛蛋白質が輸送されることが判明した。
4. FlhAのC末細胞質ドメイン（FlhAc）がClosed formからOpen formへと構造変化すること、さらにFlhAの膜貫通ドメインとFlhAcをつなぐリンカー領域がすぐ隣の別のFlhAcサブユニットの構造変化を誘導することを見出した。さらに、このFlhAcサブユニットの協調的な構造変化はATPase複合体に依存することが示唆された。
5. FlhBがFli6FliR2複合体に結合することを見出した。さらに、FliO/FliP/FliQ/FliR/FlhA/FlhB複合体やFlhAが結合したMSリング複合体の単離精製に成功した。
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| Research Progress Status |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Bacterial flagella grow through an injection-diffusion mechanism.2017
Author(s)
Renault, T.T., Abraham, A.O., Bergmiller, T., Parados, G., Rainville, S., Charpentier, E., Guet, C.C., Tu, Y., Namba, K., Keener, J.P., Minamino, T., Erhardt, M.
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Journal Title
eLife
Volume: 6
Pages: e23136
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Rearrangements of α-helical structures of FlgN chaperone control the binding affinity for its cognate substrates during flagellar type III export.2016
Author(s)
Kinoshita, M., Nakanishi, Y., Furukawa, Y., Namba, K., Imada, K., Minamino, T.
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Journal Title
Mol. Microbiol.
Volume: 101
Pages: 656-670
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Structural stability of flagellin subunit affects the rate of flagellin export in the absence of FliS chaperone.2016
Author(s)
Furukawa, Y., Inoue, Y., Sakaguchi, A., Mori, Y., Fukumura, T., Miyata, T., Namba, K., Minamino, T.
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Journal Title
Mol. Microbiol.
Volume: 102
Pages: 405-416
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] High-resolution pH imaging of living bacterial cell to detect local pH differences.2016
Author(s)
Morimoto, Y.V., Kami-ike, N., Miyata, T., Kawamoto, A., Kato, T., Namba, K., Minamino, T.
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Journal Title
mBio
Volume: 7
Pages: e01911-16
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Conformational rearrangement of FlhA is critical for flagellar type III protein export.2017
Author(s)
Inoue, Y., Kinoshita, M., Kitano, A., Imada, K., Namba, K., Minamino, T.
Organizer
OIST Workshop “Bacterial flagella, injectisomes & type III secretion systems” joint with Annual Flagella Meeting
Place of Presentation
OIST, Kunigami-gun, Okinawa
Year and Date
2017-03-01
Int'l Joint Research
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[Presentation] Role of intrinsically disordered region of the C-terminal domain of FliK in substrate specificity switching of the bacterial flagellar type III export apparatus.2017
Author(s)
Kinoshita, M., Aizawa, S., Namba, K., Minamino, T.
Organizer
OIST Workshop “Bacterial flagella, injectisomes & type III secretion systems” joint with Annual Flagella Meeting
Place of Presentation
OIST, Kunigami-gun, Okinawa
Year and Date
2017-03-01
Int'l Joint Research
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[Presentation] In Vitro reconstitution of the protein export of the flagellar typeIII secretion system by using the inverted membrane vesicles.2017
Author(s)
Terashima, H., Kawamoto, A., Tatsumi, C., Namba, K., Minamino, T., Imada, K.
Organizer
OIST Workshop “Bacterial flagella, injectisomes & type III secretion systems” joint with Annual Flagella Meeting
Place of Presentation
OIST, Kunigami-gun, Okinawa
Year and Date
2017-03-01
Int'l Joint Research
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[Presentation] 蛍光ラベルした細菌べん毛蛋白質のin vitro輸送測定系を用いた検出.2016
Author(s)
戸野侃, 寺島浩行, 巽千夏, 川本晃大, 田端和仁, 上野博史, 松田知己, 永井健治, 野地博行, 難波啓一, 南野徹, 今田勝巳.
Organizer
日本生体エネルギー研究会第42回討論会
Place of Presentation
名古屋工業大学（愛知県名古屋市）
Year and Date
2016-12-20
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[Presentation] 蛋白質膜透過を駆動するモータータンパク質のスナップショット. Snapshots of a protein translocation motor.2016
Author(s)
Furukawa, A., Yoshikaie, K., Mori, T., Mori, H., Morimoto, Y., Sugano, Y., Iwaki, S., Minamino, T., Sugita, Y., Tanaka, Y., Tsukazaki, T.
Organizer
第54回日本生物物理学会年会
Place of Presentation
つくば国際会議場（茨城県つくば市）
Year and Date
2016-11-27
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[Presentation] FlhAの構造変換がべん毛蛋白質輸送順序の決定に重要である. Conformational rearrangements of FlhA is critical for ordered protein export during flagellar assembly.2016
Author(s)
Inoue, Y., Ogawa, Y., Kinoshita, M., Imada, K., Namba, K., Minamino, T.
Organizer
第54回日本生物物理学会年会
Place of Presentation
つくば国際会議場（茨城県つくば市）
Year and Date
2016-11-27
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[Presentation] 細菌べん毛III型タンパク質輸送のin vitro再構築. In vitro reconstitution of the bacterial flagellar type III protein export.2016
Author(s)
Terashima, H., Kawamoto, A., Tatsumi, C., Namba, K., Minamino, T., Imada, K.
Organizer
第54回日本生物物理学会年会
Place of Presentation
つくば国際会議場（茨城県つくば市）
Year and Date
2016-11-27
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[Presentation] Direct observation of ring formation of the C-terminal cytoplasmic domain of a flagellar type III export gate protein FlhA by high-speed atomic force microscopy.2016
Author(s)
Minamino, T., Terahara, N., Inoue, Y., Kodera, N., Ando, T., Namba, K.
Organizer
4th Kanazawa Bio-AFM Workshop 2016
Place of Presentation
KKR ホテル金沢（石川県金沢市）
Year and Date
2016-10-05
Int'l Joint Research
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