海洋性ビブリオ菌べん毛モーター回転子の構造変化の解明

阐明海洋弧菌鞭毛运动转子的结构变化

• 批准号: 17J11237
• 负责人: 錦野 達郎
• 金额: $ 1.79万
• 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: 2017
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2017-04-26 至 2020-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J11237/
• 关键词: 細菌べん毛モーター; エネルギー変換; 回転子; 固定子; 固定子回転子間相互作用; 構造解析; Cryo electron tomography; 核磁気共鳴法; べん毛モーター; 回転方向制御; FliG; NMR; クライオトモグラム; 海洋性ビブリオ菌

バクテリアの運動器官であるべん毛は時計回り(CW)と反時計回り(CCW)の両方向に回転することができるモーターである。その回転は、回転子中のC-ringと固定子と呼ばれるタンパク質複合体の相互作用により、細胞膜内外の電気化学ポテンシャルを運動エネルギーに変換することで生じる。C-ringは、3種類のタンパク質[FliG, FliM, FliN]からなり、固定子はNa+イオンチャネルとして働き2種類の膜タンパク質「PomA, PomB」からなる。この中で、FliGは、PomAとの相互作用によるエネルギー変換と、自身の構造変化による回転方向の制御を担っている。しかし、この相互作用や構造変化の詳細は明らかとなっていない。申請者は、CWまたはCCW状態での回転子の構造を比較することで、モーターのエネルギー変換の仕組みを解明するべく、これまでに電子線トモグラフィー法(Cryo-ET)と核磁気共鳴法(NMR)による構造解析を進めてきた。Cryo-ETでは、米国Yale大学所属のLiu博士のグループと共同研究を進め、得られていた構造情報を基にC-ringの密度マップを作製し、FliG, FliM, FliNの構造を当てはめた。CWとCCWでC-ringの傾きや各分子の配置が異なることが示唆された。この内容を論文にまとめ、現在査読中である。NMRでは、高圧条件下でのFliGmc断片の解析を行った。圧力に依存した構造変化がみられ、その残基の特定を進めている。最終年度は、固定子の振る舞いを明らかにするべく、解析を行った。機能解析や精製条件の検討からPomAのFliGとの相互作用領域がNa+依存的に構造変化すること、PomBのPlug領域がPomAとPomBの相互作用を変化させることでチャネルの開閉を制御することを明らかにした。各内容は論文にまとめ、J.Biochemに投稿し受理された。

​ そ の back planning は, back to the planning of の C - ring と stator と shout ば れ る タ ン パ ク qualitative complex の interaction に よ り, cellular membranes の electric chemical ポ 気 テ ン シ ャ ル を movement エ ネ ル ギ ー に variations in す る こ と で raw じ る. C - ring は, 3 species の タ ン パ ク mass [FliG, FliM, FliN] か ら な り, stator は Na + イ オ ン チ ャ ネ ル と し て 働 き 2 kinds の membrane タ ン パ ク mass "PomA, PomB" か ら な る. こ の で, FliG は, PomA と の interaction に よ る エ ネ ル ギ ー variations in と, own の structure - に よ る back planning direction の suppression を bear っ て い る. The details of the や structural changes <s:1> of the interaction between <s:1>,, となって and な are ら, ら, となって and な. Applicants は, the CW ま た は CCW state で の back planning is の tectonic を す る こ と で, モ ー タ ー の エ ネ ル ギ ー variations in の blackstone group み を interpret す る べ く, こ れ ま で に electronic line ト モ グ ラ フ ィ ー method (then ET) と nuclear magnetic 気 method of resonance (NMR) に よ る structure を into め て き た. Then ET で は の Yale university, the us belong to Dr Liu の グ ル ー プ を into め と studies together, and ら れ て い た structure intelligence を base に C - ring の density マ ッ プ を し, FliG, FliM, FliN の tectonic を when て は め た. CWとCCWでC-ring <s:1> tilting や や each molecule <s:1> configuration が different なる とが とが suggesting された. The content of the を を paper にまとめ is now available in 読 である. NMRで で, で <s:1> FliGmc fragment <s:1> analysis を line った under high pressure conditions. The pressure に depends on the た structural change がみられ and the そ <s:1> residue <e:1> specifically を into the めて る る る. Final year, fixed element harmonic る dance を を Ming ら にするべく にするべく, analysis を line った. Functional analytic や refining conditions の 検 please か ら PomA の FliG と の interaction field が に structural variations of Na + dependent す る こ と, PomB の plug-in field が PomA と PomB の を interaction - the さ せ る こ と で チ ャ ネ ル の open closed を suppression す る こ と を Ming ら か に し た. Submissions for each content of にまとめ papers にまとめ and J.Biochemに will be accepted by された.

项目成果

Structural change of PomAB stator complex induced by Na+ flux in Vibrio flagellar motor

弧菌鞭毛运动中Na通量引起的PomaB定子复合体的结构变化

• 发表时间: 2020
• 作者: Tatsuro Nishikino;Hiroto Iwatsuki;Taira Mino;Seiji Kojima;Michio Homma
• 通讯作者: Michio Homma

Structural insights into the middle domain of rotor protein FliG that regulates rotational direction of Vibrio flagellar motor

调节弧菌鞭毛运动旋转方向的转子蛋白 FliG 中间结构域的结构见解

• 发表时间: 2018
• 作者: Tatsuro Nishikino;Atsushi Hijikata;Yohei Miyanoiri;Yasuhiro Onoue;Seiji Kojima;Tsuyoshi Shirai;Michio Homma
• 通讯作者: Michio Homma

ビブリオ菌べん毛モータータンパク質FliG変異が回転方向制御に与える構造的影響

弧菌鞭毛运动蛋白 FliG 突变对旋转方向控制的结构影响

• 发表时间: 2018
• 作者: 錦野達郎;土方敦司;宮ノ入洋平;尾上靖宏;小嶋誠司;白井剛;本間道夫
• 通讯作者: 本間道夫

Characterization of PomA periplasmic loop and sodium ion entering in stator complex of sodium-driven flagellar motor

PomA 周质环和钠离子进入钠驱动鞭毛电机定子复合体的表征

• DOI: 10.1093/jb/mvz102
• 发表时间: 2019
• 期刊: The Journal of Biochemistry
• 作者: Nishikino Tatsuro;Iwatsuki Hiroto;Mino Taira;Kojima Seiji;Homma Michio
• 通讯作者: Homma Michio

Department of Microbial Pathogenesis/Yale University School of Medicine(米国)

微生物发病机制系/耶鲁大学医学院（美国）