細菌の細胞分裂におけるFtsZ繊維化機構の解明

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本研究は、真正細菌の細胞分裂制御に関わるタンパク質であるFtsZを対象とする。そのなかでも、FtsZが有する重合・乖離機構や重合構造の湾曲化などの繊維化機構を分子動力学計算、X線結晶構造解析やクライオ電子顕微鏡によるフィラメント構造の構造解析により、解明するものである。本研究を達成するために、当該年度ではまずはじめに、様々な菌株由来および核酸結合状態のモデル分子を構築し、分子動力学計算を用いてFtsZの構造安定性を評価した。これらの結果を比較解析したところ、各構造状態や菌株の違いによって構造の安定性や運動性に変化があることを捉えることに成功した。さらに、この変化に大きく寄与する残基を特定するために、変異分子の分子動力学計算も実施し、その領域を同定することができた。そこで、分子動力学計算から導かれたこれらの安定性等に関与する領域を変異させた複数の変異体を設計した。設計した変異体は大腸菌発現系を用いて大量発現し、多段階のクロマトグラフィーによって高純度に精製した。高純度変異体試料は結晶化し、得られた結晶のうち、いくつかの変異体結晶については、X線結晶構造を解析中である。これらと並行して、種々の物理化学的な解析により重合していることが推定できたFtsZ試料を負染色透過型電子顕微鏡およびクライオ電子顕微鏡で観測した。その結果、クライオ電子顕微鏡で繊維状構造を捉えることに成功しており、今後、これらの構造解析と菌株による比較解析によって、菌株による線維化機構の相違点を探る。