単粒子法を応用した分子モーターキネシン・微小管複合体のクライオ電子顕微鏡構造解析

单粒子法冷冻电子显微镜结构分析分子运动驱动蛋白-微管复合物

基本信息

  • 批准号:
    13J05975
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.73万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2013-04-01 至 2016-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

モーター分子KIFと微小管の複合体を高解像度で観察することは細胞内輸送の分子メカニズムを解明するため、クライオ電子顕微鏡を利用し、1)KIF19Aの微小管脱重合活性と運動性の分子メカニズム、2)KIF5Cによる微小管への協同的結合の分子機構 の研究を行った。試料は理化学研究所横浜キャンパスのTecnai Arcticaクライオ電子顕微鏡で撮影し、微小管のらせんパラメータをRuby Helixプログラムで決めたあと、Frealignプログラムのヘリカル再構成法により解析した。各試料について数万~数十万粒子のαβチューブリンKIF三量体から最終構造を得た。1)微小管に沿った運動に加えて、微小管の脱重合に関わる分子モーターKIF19Aについて、taxol-GDP微小管との複合体を作成し、クライオ電子顕微鏡法にて7.0 オングストロームの解像度の構造を解いた。この結果、KIF19Aは、微小管先端の曲がったチューブリン構造にも結合が可能なフレキシブルなL8ループと、微小管との結合と運動に関わるL12ループ、さらに脱重合型KIFに特徴的な長いL2ループを介して、微小管と複合体を形成していることが明らかになった。2)Taxolなどの微小管安定化剤を入れていないGDP型微小管は、ATP存在下でKIF5Cが結合すると、KIF5C親和的な性質を持つことが知られている(KIF5の協同的結合)。この現象の構造的な背景を探るため、様々なヌクレオチド状態の微小管とKIF5Cの各複合体構造を5 ~ 7 オングストロームの解像度で解いた。その結果、KIF5Cと微小管のヌクレオチド状態によって、微小管のピッチが伸長することを明らかにした。この結果は、KIF5Cの運動に伴って微小管が構造変化をし、この微小管の構造変化がさらにKIF5Cの運動に影響を与えることを示唆している。
モ ー タ ー molecular KIF と tiny tube の complex を high resolution で す was 観 る こ と は conveying の molecules in cells メ カ ニ ズ ム を interpret す る た め, ク ラ イ オ electronic 顕 micromirror を using し, 1) KIF19A の tiny tube to take off the overlap active と motility の molecular メ カ ニ ズ ム, 2) KIF5C に よ る tiny tube へ の synergy combination の molecular mechanisms Youdaoplaceholder0 study the を line った. Sample は riken institute cross creek キ ャ ン パ ス の Tecnai Arctica ク ラ イ オ electronic 顕 micromirror で pinch of shadow し, tiny tubes の ら せ ん パ ラ メ ー タ を Ruby Helix プ ロ グ ラ ム で definitely め た あ と, Frealign プ ロ グ ラ ム の ヘ リ カ ル reconstitution method に よ り parsing し た. Each sample に, に, て, て, て, tens of thousands to hundreds of thousands of particles <s:1> αβチュ, ブリ, <s:1>, KIF trisomes て ら, and the final structure is を to た. 1) small tube に along っ た exercise に え て, tiny tube の overlap に masato わ る molecular モ ー タ ー KIF19A に つ い て, taxol - GDP tiny tubes と の complex を し, consummate ク ラ イ オ electronic 顕 micro mirror method に て 7.0 オ ン グ ス ト ロ ー ム の resolution の tectonic を solution い た. こ の results, KIF19A は, tiny tube apex の が っ た チ ュ ー ブ リ ン tectonic に も combining が may な フ レ キ シ ブ ル な L8 ル ー プ と, tiny tubes と の dynamic に と masato わ る L12 ル ー プ, さ ら に coincidence type off KIF に, 徴 な long い L2 ル ー プ を interface し て, tiny tubes と complex を form し て い る こ と が ら Youdaoplaceholder0 になった. 2) Taxol な ど の tiny pipe stabilization tonic を れ て い な い GDP は tiny tube, the presence of ATP で KIF5C が combining す る と, KIF5C affinity nature of な を つ こ と が know ら れ て い る (KIF5 の synergy combination). こ の phenomenon の tectonic background of な を agent る た め, others 々 な ヌ ク レ オ チ ド state の tiny tube と KIF5C の various complex tectonic を 5 ~ 7 オ ン グ ス ト ロ ー ム の resolution で solution い た. Tiny tube の そ の results, KIF5C と ヌ ク レ オ チ ド state に よ っ て, tiny tubes の ピ ッ チ が elongation す る こ と を Ming ら か に し た. こ の results は, KIF5C に の movement with っ て tiny tube が structure - the を し, こ の tiny tube の structure - the が さ ら に KIF5C に の movement influence を and え る こ と を in stopping し て い る.

项目成果

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キネシン-GTP型微小管複合体の構造解析
驱动蛋白-GTP型微管复合物的结构分析
  • DOI:
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Morikawa M;Yajima H;Nitta R;Inoue S;Ogura T;Sato C;Hirokawa N
  • 通讯作者:
    Hirokawa N
Mutual conformational changes of kinesin and GTP microtubule upon their binding.
驱动蛋白和 GTP 微管结合后的相互构象变化。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Morikawa M;Yajima H;Nitta R;Inoue S;Ogura T;Sato C;Hirokawa N
  • 通讯作者:
    Hirokawa N
X線結晶解析とクライオ電子顕微鏡を用いたキネシン-GTP型微小管複合体の構造解析、X-ray and cryo-EM structures reveal mutual conformational changes of kinesin and GTP-state microtubules upon binding
使用 X 射线晶体学和冷冻电镜结构对驱动蛋白-GTP 型微管进行结构分析,X 射线和冷冻电镜结构揭示了驱动蛋白和 GTP 状态微管在结合时的相互构象变化
  • DOI:
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Morikawa M;Yajima H;Nitta R;Inoue S;Ogura T;Sato C;Hirokawa N;森川 真夏
  • 通讯作者:
    森川 真夏
X線結晶解析とクライオ電子顕微鏡を用いたキネシン-GTP型微小管複合体の構造解析
使用 X 射线晶体学和冷冻电子显微镜对驱动蛋白-GTP 型微管复合物进行结构分析
  • DOI:
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Morikawa M;Yajima H;Nitta R;Inoue S;Ogura T;Sato C;Hirokawa N
  • 通讯作者:
    Hirokawa N
キネシン-GTP型微小管複合体の構造解析、 X-ray and cryo-EM structures reveal mutual conformational changes of kinesin and GTP-state microtubule upon binding
驱动蛋白和 GTP 态微管复合物的结构分析、X 射线和冷冻电镜结构揭示了驱动蛋白和 GTP 态微管结合后的相互构象变化
  • DOI:
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Morikawa M;Yajima H;Nitta R;Inoue S;Ogura T;Sato C;Hirokawa N;森川 真夏
  • 通讯作者:
    森川 真夏
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  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    森川 真夏;矢島 孔明;仁田 亮;井上 茂之;小椋 俊彦;佐藤 主税;廣川 信隆
  • 通讯作者:
    廣川 信隆

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