物質不均衡分布を司る能動輸送体P型ATPaseの構造機能生理学

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生命の根幹とも言える細胞膜を隔てた物質不均衡分布は、主としてカチオンの能動輸送体（イオンポンプ）として知られるP型ATPaseファミリーによって作り出される。この中で、100万倍のH+濃度勾配を作り出す胃プロトンポンプ　・アポトーシスに関与するリン脂質フリッパーゼATP11C・これら2つのユニークなポンプの作動機構解明を目指して研究を推進している。プロトンポンプはH+:K+ = 1:1の輸送を行うが、近縁のナトリウムポンプはNa+:K+ = 3:2の起電的な輸送を仲介する。我々は、本来であれば胃プロトンポンプに１つだけしか結合できないK+を、２つ結合できるように改変した変異体を作製することによって、K+結合化学量論を司る因子を理解することを計画した。段階的な変異導入と構造機能解析を繰り返すことで、最終的に５つの変異導入（２つは直接的にK+の配位に関与し、２つは間接的に影響、１つは分子全体のコンフォメーションを調節する変異）によって、K+が2つ結合した変異体を得る事に成功した（Abe et al., 2021, Nat Commun）。また、プロトンポンプを出発点として、3つのNa+と2つのK+を輸送することが出来るナトリウムポンプ様の変異体を作製した。こちらは合計４つの変異導入によって改変に成功し、電気生理学的解析や構造解析によってこれを証明した（Young et al., 2022, Nat Commun）。これらの結果は、構造に基づいた論理的なでデザインによって輸送基質の種類/個数を改変した初めての例である。また、胃酸抑制剤を含むプロトンポンプとその阻害剤との複合体構造を複数解析し、これらの化合物のポテンシャルなファーマコフォアを同定することに成功した（Tanaka et al., 2022, J Med Chem）。