時分割X線結晶構造解析によるアクチンATP加水分解反応の活写

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アクチン繊維は、ATP加水分解によってダイナミックに重合・脱重合を繰り返すことで、細胞運動の駆動力を産む。繊維中のアクチン分子は単量体とは異なるF（filament）型コンフォメーションを取り（Oda, Nature, 2009）、ATP加水分解はF型アクチンのみで起こる。近年のクライオ電子顕微鏡技術の発展によって、3.1オングストローム分解能のアクチン繊維構造が報告されている（Merino, Nat Struct Mol Biol, 2018; Chou, PNAS, 2019）。しかしこれらの“近原子分解能”構造では、加水分解反応の肝である水分子は同定できない。タンパク質中の水分子位置の判別にはX線結晶構造解析が適しているが、その不定長の繊維に会合する性質ゆえ、これまでアクチン繊維の単結晶化は不可能であった。申請者は最近アクチン結合タンパク質との共結晶化によって、F型アクチンの高分解能結晶構造を決定することに成功した。本研究ではこの系を用いて、時分割X線結晶構造解析法によってアクチンATP加水分解を結晶中で捉えることを目標とする。ATPは生体内で最も普遍的に利用されているエネルギー通貨であり、その加水分解反応機構の解明はアクチン研究分野に留まらず、物質代謝や核酸合成など、細胞内で起こるATPをエネルギー源とする化学反応全般を理解する上で非常に重要である。本年度においては、フラグミンF１ドメインの溶液中における活性の詳細、アクチンとの結合アフィニティやヌクレオチド交換促進能、ATP加水分解活性を測定した。