【研究領域課題番号】18H02413 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

光活性化アデニル酸シクラーゼ / 光反応酵素 / 光遺伝学 / 構造解析 / アデニル酸シクラーゼ / 構造生物学

【研究成果の概要】

PACは、最初にミドリムシから発見され以後、複数の原核生物からも相同遺伝子が見出されていたが、いずれも原子レベルでの構造・機能解明までには至ってない。本研究では解明されたOaPAC光活性化メカニズムの構造科学的解明を基に、細胞内でのセカンドメッセンジャー光制御への光遺伝学の展開や、PACの酵素ドメイン改変によるcGMP光産生酵素の創出による光制御医学ツールとして基礎医学的研究で、反応機構解明を向けてOaPACに対して微結晶調製を大量作製し、XFEL(X線自由電子レーザー) を利用し、光感受性タンパク質の多様な光応答機構の解明に成功した。

【研究の社会的意義】

青光により活性化アデニル酸シクラーゼcAMP分子を量産する酵素として、特性解明や生物機能光制御への展開も提唱・実行してきた。本申請者は、PACの相同遺伝子であるOaPACの立体構造解明に世界初めて成功し、光活性化機構に関する構造科学的な研究は本研究グループが先駆的に積み上げてきた。神経興奮の光制御、いわゆる光遺伝学、が急速に普及し、OaPACによるcAMPを介する生体機能光制御も概念上同類とみなされつつあるが、はるかに広範で多彩な生命活動の光制御につながり、血管新生・脳病変原生・神経回路ネットワーキング・記憶などの光発生医学現象の制御・解明・治療・創薬スクリーニング開拓を先導するものである。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)

【研究分野】応用微生物学

【研究領域課題番号】17H06168 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

微生物 / 放線菌 / 生合成 / 二次代謝 / 構造生物学 / キャリアタンパク質 / 生物活性物質 / アミノ基キャリアタンパク質 / アミノ酸 / 二次代謝産物 / 構造解析 / マレイマイシン / 結晶構造解析

【研究成果の概要】

アミノ基キャリアタンパク質(AmCP)は、自身のC末端にアミノ基を介して結合した基質を生合成酵素に運ぶ新しいタンパク質である。本研究では、放線菌を主たる研究対象として各生合成酵素の立体構造及びAmCP認識機構を解明すると共に、AmCPを介して二次代謝産物を生合成するシステムによる天然化合物の構造多様性を創出・拡張機構を解明することを目指したものであり、いくつかの新規かつユニークな機構の発見・解明に成功した。

【研究の社会的意義】

AmCPは、微生物の塩基性アミノ酸生合成だけでなく、二次代謝産物の生合成においても重要な機能を果たす。本研究により、AmCPを介して生合成される化合物の多くは新規非タンパク質性アミノ酸であり、それらが様々な生物活性物質へと組み込まれることが分かった。これらは、これまでの生物活性物質の探索で見落とされてきた天然化合物群であり、新規反応を含む多様な生合成システムの解析により、天然化合物の多様性創出機構の解明に貢献した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2017-05-31 - 2022-03-31

【配分額】208,910千円 (直接経費: 160,700千円、間接経費: 48,210千円)

【研究分野】機能生物化学

【研究領域課題番号】24687016 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

タンパク質 / トランスロコン / 膜組み込み / 膜透過 / YidC / Sec / 膜タンパク質 / 構造生物学 / 蛋白質 / 膜蛋白質 / 構造解析 / 膜組込み / 機能発現 / 機能解析

【研究成果の概要】

細胞におけるタンパク質の膜組み込み過程は，すべての生物に共通した必須の機構である。本研究では膜タンパク質の機能発現システムを詳細に理解する為に，真正細菌のタンパク質の膜組み込みに関わる膜タンパク質YidC(内膜の膜組み込みに関与)の構造を2.4オングストローム分解能で決定し，構造情報に基づく機能解析を進めた。最終的に，YidCは電気的な相互作用で基質タンパク質を一旦親水的な凹みにキャプチャーした後，膜へと組み込む新しいモデルを提唱した。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2012-04-01 - 2014-03-31

【配分額】27,950千円 (直接経費: 21,500千円、間接経費: 6,450千円)

【研究分野】構造生物化学

【研究領域課題番号】19207009 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

多剤排出トランスポーター / 結晶化 / X線結晶構造解析 / 多剤耐性 / 膜輸送 / 構造解析 / 薬剤耐性 / 構造生物学 / 線結晶構造解析 / 膜輸送体 / トランスポーター

【研究成果の概要】

院内感染などに見られる多剤耐性化の主要な原因の一つであるRND型多剤排出トランスポーターの作動メカニズムの本質的理解を目指し、立体構造情報の高解像度化を進めるとともに、得られた結晶構造に基づく機能解析を進めた。得られた結晶構造に基づく蛋白質工学的解析を行い、基質透過経路のなかほどに基質選択性に関わるフィルター様の働きを持つ部位を見いだした。また、これまで極めて困難であったRND型トランスポーターの直接的な生化学的解析を行う手法としてグラム陽性細菌由来のRNDトランスポーターホモログを用いる方法を考案した。グラム陽性細菌由来RND型トランスポーターにおける薬剤排出研究はこれまでほとんど行われてこなかったが、グラム陽性菌のRND型トランスポーターも実際に薬剤を排除することが実験的に示された。また、これらのターゲットとした膜蛋白質の大量発現に成功し、結晶化が可能な高純度のサンプルを得ることにも成功している。それらの結晶化に際し、フェムト秒レーザー照射や微量溶液撹拌のほか、新たに開発中の高濃度アガロースゲル中での結晶化など新たな結晶化技術の開発し特許申請を行うと共に、それらを適用して現在もトランスポーターの結晶化を行った。大腸菌AcrBについてはは分解能が2.5Å分解能にまで向上した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2007 - 2009

【配分額】42,380千円 (直接経費: 32,600千円、間接経費: 9,780千円)