細菌べん毛固定子のナトリウム取り込み活性測定系の構築とエネルギー変換機構の解明

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細菌のべん毛モーターは、膜内外の共役イオンの電気化学的ポテンシャル差をべん毛の回転に変換する。べん毛モーターの回転機構の解明のためには、エネルギー変換ユニットがどのようにイオンを透過しているのか明らかにしなければならない。そのために、PomA/B複合体のNa^+取込み活性の測定と、イオン透過経路を形成すると思われる残基への変異導入による運動能の解析をし、イオン透過と回転力発生機構の解明を目指した。無細胞タンパク質合成系を用いたPomA/Bの合成、あるいは、CHAPS、Cymal-5によるPomA/B複合体の精製をし、プロテオリポソームに再構成したPomA/BのNa^+の取込み活性の測定を試みたが、有意なNa^+の取込みは検出できなかった。PomBの膜貫通領域に変異を導入し、運動能回復変異体の取得を行った。PomB-L28A/C31Aの運動能を回復させる変異が、PomAの4番目の膜貫通領域のPomA-L183Fであることを見出し、PomAの4番目の膜貫通領域がイオン透過経路に重要であることが示唆された(BIOPHYSICS誌)。また、共役イオンの結合残基であるPomB-D24の電荷を無くしても、べん毛を回転させることができる変異をPomAの膜貫通領域で見つけた(PomA-N194D/PomB-D24N)。PomA-N194はPomB-D24の機能を代替でき、PomA-N194とPomB-D24がNa^+結合ポケットを形成することが示唆された。また、負電荷を持つ側鎖の長さを変化させると運動能が低下することから、適切な側鎖の長さが固定子の機能に対して重要であることが示唆された。これらの成果は、Journal of Moleclular Biology誌に掲載された。本年度の研究によって、共役イオンの結合、透過メカニズムとエネルギー変換機構に対する新たな知見を得ることができた。