極低温電子顕微鏡によるべん毛タイプIII蛋白質輸送装置の構造解析

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本研究は、サルモネラ菌のべん毛を研究材料として、べん毛蛋白質輸送装置の立体構造および蛋白質間相互作用を捉えることによって、輸送過程における輸送装置のダイナミクスと効率的な輸送のメカニズムを解明することを目的としている。本年度は、サルモネラ菌のミニセルを作成し、機能状態のべん毛基部体の立体構造解析を行うことで、細胞内での輸送装置の構造を明らかにした。前年度までの研究結果から、FliH/FliI複合体がCリング縁の内側に結合することを明らかにしたが、細胞内で機能中の輸送装置の構造が明らかにされていないため、どのような構造変化を経て輸送過程が進行していくのか、その詳細な輸送メカニズムの解明には至っていない。そこで、細胞内の輸送装置の構造を明らかにするため、べん毛基部体を菌体から単離精製することなく、細胞膜に埋まった状態のまま、低温電子線トモグラフィーによって構造解析を行った。電子線は加速電圧300kVでも厚さ1μmのサルモネラ菌を透過しづらく、そのため菌体内の立体構造を可視化することが難しい。そこで、細胞分裂を促進させるFtsZ蛋白質を大量発現させることで、サルモネラ菌の運動能や機能を失うことなく、直径約0.4μmの球形ミニセルの作成に成功した。また、電子線トモグラフィーによって得られた基部体の平均像と単離精製した基部体の単粒子像解析による立体像を比較することで、輸送装置に対応する密度分布を同定した。輸送装置は2つのリング構造を形成し、6種類の膜蛋白質で構成されている輸送ゲートと合わせて、3つの部分構造で構成されていることが明らかとなった。今後は、各部分構造の構成蛋白質やドメインを同定し、輸送装置の詳細な構造、機能解析を行うことで輸送メカニズムの解明を目指す。