P型イオンポンプによる能動輪送機構の構造的解明

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本研究の最大の目標は筋小胞体カルシウムポンプ(ATPase)の反応中間体を結晶化し、原子構造に基づいてポンプの作動機構を明らかにすることであった。分解能が十分でなかったE2・AlFx複合体の結晶性を改良し、反応過程ほぼ全体をカバーする6つの状態に関し2.6Åを越える分解能で構造を決定出来た。しかし、真のE2Pアナログの結晶であるE2・BeFxに関しては不満足なものしか得られていなかった。そこで、研究期間を延長し、強力阻害剤タプシガーギン存在下ではあるが、この状態に関しても2.4Å分解能で構造を決定でき、燐酸化アスパラギン酸の処理と膜内イオン通路の開閉がどう連携しているかをある程度明らかにすることが出来た。第2の柱である計算構造生物学では、特に心筋における調節蛋白として重要なフォスフォランバンの燐酸化による制御に関し徹底的な計算を行い、燐酸化の構造的意味を明らかにした。第3の柱である、発現系に関しては、筋小胞体カルシウムポンプを一残基改変することによって、抗マラリア薬に反応することが判明したので、大量生産・精製を行い結晶化可能な標品を得ることが出来た。また、重金属ポンプに関しては、好熱菌銅イオンポンプCopAに関し、蛋白質分解酵素による限定分解によって、蛋白質のトポロジーは大きく異なるにもかかわらず、カルシウムポンプと同様の構造変化を示すことを明らかにし、未知であったN端末金属結合ドメインの役割をも明らかにした。さらに、細胞質領域の2つのドメインと核酸複合体の高分解能結晶解析に成功した。このように、研究のすべての面で大きく前進した。