ウシ心筋ＦｏＦ１ＡＴＰ合成酵素の機能する完全複合体の構造解析

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FoF1ATP合成酵素の全体構造は非常に不安定なため50年以上にわたる構造研究によっても高分解能で決定されておらず、その反応機構の解明が困難に陥っている。申請者は、人工的な脂質二重膜に再構成させ本酵素を安定化させる二次元結晶化により、世界で初めて脂質二重膜に埋まったその全長の構造解析に成功したが（Jiko et al., eLife, 2015）、分解能が24オングストロームと充分でなかったために反応メカニズムの解明には至らなかった。また、精製過程でイオン交換クロマトグラフィを使用することで膜間ドメインから解離を始めることが我々の単粒子構造解析によって明らかになり、精製された試料の均一性が低いことがわかった。この結果をもとに申請者は、これまで蛋白質に負荷のかからない密度勾配遠心分離法による精製方法の開発に専念し、非常に安定で無傷な本酵素を精製することに成功した。この精製方法で得られたサンプルに対し予備的なクライオ電子顕微鏡顕観察を行ったところ、完全な本酵素の均一な像を確認でき、クライオ電子顕微鏡による高分解能単粒子解析に値する試料調整が可能であることが判明した。本研究では、全体酵素の大量調整を行い、共同研究による単粒子構造解析と申請者自身による三次元結晶化・X線結晶構造解析によりFoF1ATP合成酵素の完全な構造を高分解能で決定し、哺乳動物のプロトン駆動ATP合成過程の全容を解明することを目指している。