クライオ電子顕微鏡による V型ATPaseの回転機構の解明

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V型ATPase (V-ATPase) は、膜横断的なプロトン移動と、ATPの合成もしくは分解をエネルギー共役させる回転分子モータータンパク質である。クライオ EM による単粒子解析は、結晶化条件に拘束されることなく、そのため V-ATPase が働いている様々な溶液条件での構造を得ることを可能とする。さらに構造のクラス分けにより、同じ溶液条件で取りうる複数構造を決定することもできる。我々は、真核生物の V-ATPase の先祖と考えられるバクテリア由来の V-ATPase (V/A-ATPase) を研究材料として用い、ATP結合待ち条件（ATP低濃度条件）、触媒反応待ち条件（ATP濃度飽和条件）、および加水分解反応が遅くなるATPアナログであるATPγSの飽和濃度条件でナノディスクに再構成したV/A-ATPaseを反応させた。それぞれの反応液からクライオグリッドを作成し、クライオ電顕で撮影した。それぞれの条件での構造を比較することで、以下のことが判明した。従来ATPの結合と同時に回転すると考えられていたが、ATPが結合直後の構造が得られたことから、ATPの結合後に回転することがわかった。また、ATP加水分解待ち条件で得られた構造では、ATP加水分解が起こる触媒部位にADPが結合していた。このことから、ATPの加水分解と回転が同時に起こることが示唆された。以上の結果より、V1部分の三つの触媒部位で起こる触媒イベントと120度ステップが同時起こることがわかった。