大腸菌の走化性における膜外から膜内へのシグナル伝達機構の構造生物学的解明

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研究では、大腸菌走化性分子複合体の結合様式を、各構成蛋白質が正しい全体構造を保持した状態にて、溶液NMR法による構造生物学的解析を行うことにより、膜外から膜内のエフェクター分子にシグナルが伝達される機構を解明することを目的とする。昨年度までに、区分安定同位体標識法を利用して、全長CheAとCheYの相互作用をNMR法により調べた結果、CheAの活性ドメインであるP1ドメインとCheYは、全長ではじめて両者の活性部位同士が直接結合すること、およびその結合が平衡状態にあることを明らかとした。今年度は、上述のP1ドメインとCheYの結合およびその平衡の生物学的な意義について調べるため、変異体を用いた解析を行った。CheY上のP1ドメインとの結合界面上に位置する残基に変異を導入し、CheAとの親和性をITC実験により調べたところ、I20A変異体は、P2ドメイン単独との解離定数は野生型と同等であるが、CheA全長との親和性が低下することが示された。さらに、CheAに対して等量添加して、NMRスペクトルを取得したところ、野生型CheYを添加した際に観測された化学シフト変化が抑制されていた。したがって、120A変異体は、P1ドメインに対する親和性が低下していることが示された。さらに、Phos-tag SDS-PAGE解析を行ったところ、I20A変異体ではリン酸化CheYの生成量が低下していた。以上の結果に基づき、P1ドメインとCheYの結合が平衡状態にあることによって、P1ドメインはCheYだけでなく、ATP結合ドメインであるP4ドメインとも反応し、リン酸をP4ドメインからCheYへと効率的に受け渡すことを可能にしてやると考えた。このような結合様式は、一般に弱い相互作用ネットワークを形成する、シグナル伝達1分子複合体の相互作用様式を解明する上でも重要な知見を与えると考えた。