膜融合を利用した膜蛋白質の結晶化及び高分解能X線結晶構造解析

使用膜融合和高分辨率 X 射线晶体结构分析进行膜蛋白结晶

• 批准号: 01J01601
• 负责人: 日野 智也
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-01J01601/
• 关键词: 膜蛋白質; 結晶化; X線結晶構造解析

本研究で用いている膜融合を利用した結晶化法では膜蛋白質と脂質からなる均一な大きさの膜小胞を形成させることが重要である。そこで、膜小胞形成原理を調べることを目的として光捕集クロロフィルa/b蛋白質(LHC-II)が形成する球殻構造体のX線結晶構造解析を行った。X線回折データの自己回転関数から、LHC-IIの球殻構造体は正20面体対称性を持つことを証明した。これまでに報告されているLHC-II三量体の構造をもとに、結晶学的なR値が39.2%となる正20面体構造モデルを作成することに成功した。このモデル構造からLHC-IIの球殻構造体では、親水性表面のストロマ側が正20面体の外側を向いていることを見出した。また、二重球殻モデルによる低分解能領域でのX線回折強度のシミュレーション実験から、LHC-II正20面体構造には、厚さ20Åの、電子密度が低い膜状領域が存在し、正20面体構造の蛋白質間には脂質及び界面活性剤が膜構造を形成していることを明らかにした。本研究により、これまでに報告されていた光駆動プロトンポンプであるバクテリオロドプシン以外の膜蛋白質においても、均一な膜小胞構造を形成しうることを見出し、膜蛋白質・脂質複合体が自己集合し、正20面体構造をとることを初めて証明した。また、LHC-IIとバクテリオロドプシンの膜小胞は共に膜小胞の外側に負に帯電したアミノ酸が高密度で存在することから、膜蛋白質の膜小胞形成には、膜蛋白質の膜面に関する非対称的な電荷分布が重要であることが示唆された。

In this study, membrane fusion and crystallization were used to form membrane proteins, lipids and membrane cells. The X-ray crystal structure analysis of spherical shell structure formed by light trapping and formation of a/b protein (LHC-II) was carried out. The X-ray reflection coefficient of the spherical shell structure of LHC-II is proved to be symmetrical to the regular 20-face structure. This paper reports that the structure of the LHC-II ternary system was successfully fabricated with a crystallographic R value of 39.2%. The structure of LHC-II spherical shell structure is opposite to that of hydrophilic surface, and the outer surface of positive 20-sided shell is opposite to that of hydrophilic surface. The X-ray reflection intensity in the low-resolution energy region of the double spherical shell structure of the LHC-II is reduced to 20 nm in thickness and low in electron density. The membrane structure of the 20-hedral structure of the LHC-II is formed between the proteins of the 20-hedral structure of the LHC-II. In this study, we report that membrane proteins other than photoactive molecules are formed in homogeneous membrane cell structures, and that membrane protein-lipid complexes are self-assembled and have a regular 20-sided structure. LHC-II and LHC-II membrane cells share negative charges on the outside of the membrane cells and have high density of acid. This shows that asymmetric charge distribution is important for membrane protein and membrane cell formation.