古屋大学大学院理学研究科 研究科長 杉山 直 附属構造生物学研究セン ー 本間 道夫 ほ ち 教授 宮ノ入 洋 や い う い 客員准教授 長浜バイオ大学バイオサイエンス学部 学部長 山本 博章 白 井 剛 い 教授 土方 敦司 た あ 特任講師 横浜国 立大学大学院工学研究院 研究院長 渡邉 正義 児嶋 長次郎 こ ち う う 教授 共 研究 ループ 細菌 持 運動器官 毛モー ー 構成 蛋白質 一 FliG 分子 構造動態 核磁気共鳴法 分子動力学 計算法 用い こ 解明 た FliG 車 た え ラッ 構成 部品 う 役割 モー ー 回転方向 制御 蛋白質 複数 構造間 揺 ぐこ 毛モー ー 回転方向変換 制御 前進 後 退 決定 ため 重要 役割 担 い こ 明 た
本研究成果 米国科学誌 Structure い ７ 月 ４日午前 時 米国東部標準時間 オンライン公開さ た
細菌 毛モー ー回転子 構造 イナ ッ ス
〜生物由来ナノ シン 回転方向制御機構 解明〜
細菌 毛 ー ー回転子 構造 イ ッ
〜生物由来 ン 回転方向制御機構 解明〜
概要
古屋大学大学院理学研究 附属構造生物学研究セン ー 間 遈夫
教授 宮 入 洋 や い う い 客員准教授 長浜バイ 大学バ イ サイ ン 学部 学部長 山 博章 白井 剛 い 教授 土方 敦司 あ 特任講師 横浜国立大学大学院工学研究院 児嶋 長次郎 こ
う う 教授 共 研究 ー 細菌 持 運動器官 毛 ー ー 構成 蛋白質 一 あ FliG 子 C 端 イン(FliGC)構造動態 磁気共鳴法 子動力学計算法 用い こ 解明 FliG 車 え ッ 構成 部品 う 役割 ー ー 回転方向 制 御 蛋白質 複数 構造間 揺 こ 毛 ー ー 回転方向変換 制 御 前進 後退 決定 要 役割 担 い こ 明
こ 知見 生物特 回転方向制御機構 解 明 さ 人工的 ン 設計 こ 自在 子 ー ー 制御 こ う 医療や人工生 設計 様々 応用 こ 期 さ
研究成果 米国 学誌 Structure い ７ ４日午前
時 米国東部標準時間 公開さ
イン
海洋性 菌 FliGC 3 コン ー ョン 複数 構造間 揺 い い こ 明
毛 回転方向変換 異常 示 FliGC-A282T変異体 コン ー ョ ン変化
α1 helix 動的 子内相互作用 毛 回転方向 変換 関与
い こ 明
背景
細菌 " 毛" いう繊維状 運動器官 使 水中 泳 こ
毛 螺旋形 回転 こ 推進力 生 出 ュー 働
毛 細胞膜 細胞壁 貫通 回転 ー ー あ " 毛 ー
ー" い 毛 ー ー 直 わ 45 ー いう極
小さ ー ー F1 ン ン ン 回転数 匹敵 20,000 rpm
いう超高速 回転 こ さ ッ ー 瞬時 回転方向
替え こ 可能 そ い 100% 近い ー変換効率 持 いう極 優 ー ー こ 高性能 ー ー 機能 20種類 蛋
白質 遉成さ 毛 ー ー 駆動部 "回転子" "固定子" いう
部 構成さ 毛 ー ー 動 ー源 細菌 細胞外
細胞内 流 込 イ ン流 イ ン 固定子 中 あ 通 流 そ 力 回転子 伝え こ ー ー 回転力 変換さ
回転子 構成 蛋白質 FliG, FliM FliN 互い 相互作用 こ
大 ン 状 構造 形成 こ ン 構造 回転力 発生
回転方向 高速 替え イッ ン 機構 制御 い そ う FliG 固定子 相互作用 こ 知 毛 ー ー 回転運動 い 主 要 役割 担 い 考え い 図
FliG N 端 イン 中間 イン C 端 イン 構成さ い
こ 研究 イン間 相互作用や C 端 イン 固定子 相互作 用 回転方向 変換制御 発生 要 役割 担 い こ 示唆さ
詳細 子機構 相互作用様式 解明 至 い
研究 内容
研究 遺伝子組 換え技術 海洋性 菌 Vibrio alginolyticus
由来 FliG蛋白質 C 端 イン FliGc 毛 ー ー 回転方向
異常 ア 酸変異体 調製 そ 構造情報 比較 こ 回転方
向 変換制御 解明 目指 そ 結果 生型FliGc 一 子 い
一個 固定さ 構造 主 3 コン ー ョン 形成
そ 構造間 行 来 イ ッ 性質 い こ 磁気共 鳴 NMR 解析 子動力学解析 明 一方 282番目
Ala 残基 Thr残基 置換さ 毛 ー ー 回転方向 時計回 固定さ
う変異型 FliGc FliGc-A282T い そ う 複数 コン
ー ョン
FliGc 3 α ッ C1 イン 6 α ッ 構
成さ C2 イン 存在 い そ う C2 イン 1 番目 ッ
1 ッ 柔軟性 富 C1 イン C2 イン
蝶番 働 FliGc 構造 複数 表情 生 出 い こ 明
図 FliGc イ ッ 構造変換 毛 ー ー 回転方向
変換制御 担 い こ 示唆さ
成果 意義
細菌 運動器官 あ 毛 ー ー 細菌 自身 細胞 中 様々 蛋白質 部品 組 立 作 生体 ン 医療や機械工学 様々
注目 集 い 毛 ー ー 50 ー 2万 1 ー 以 いう小ささ 速200〜1000回転以 いう速さ 回転 こ
う ン 現在 人類 学力 人工的 作 こ そ
原因 一 ー ー 部品 立体構造 わ い いこ
研究 こ 生体 ン 回転方向 制御 部品 構造動態 明
回見 特徴的 イ 高い ー変換効率
ー ー 回転方向 変換 要 あ こ 予想さ こ 知見 生物特 回転方向制御機構 解 明 さ 人工的 ン 設計 こ 自在 子 ー ー 制御 こ う 医療や人工生
設計 様々 応用 こ 期 さ
用語説明
● 毛 細菌 細胞表面 生え 螺旋状 運動器官 そ 元 細胞膜 埋 込 回転 ー ー 存在
●回転子 毛 ー ー 構成要素 一 固定子 相互作用 回転力 生
出 回転方向 変換 制御 ー ー機能 中
担う
特記 項
研究 研費新学術領域 運動 ー 国立研究開発法人日 医療研究開 発機構(AMED) 創薬等 イ サイ ン 研究支援基盤 業 創薬等支援技術基盤
ッ ー 業 一環 行わ
研究 古屋大学 長浜バイ 大学 横浜国立大学 共 行
論文
掲載誌 Structure
論文 イ "Structural and functional analysis of C-terminal region of FliG, an essential motor component of Vibrio Na+-driven flagella "
著者 Yohei Miyanoiri*, Atsushi Hijikata*, Yuuki Nishino*, Mizuki Gohara, Yasuhiro Onoue, Seiji Kojima, Chojiro Kojima, Tsuyoshi Shirai, Masatsune Kainosho, Michio Homma (* These authors contributed equally to this work as co-first authors)
DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.str.2017.08.010
図 ．
毛 ー ー回転子構造 模式図 多 細菌 細胞表面 生え 繊維 毛 ュー う 回転さ こ 泳 推進力 生 出 元 回転 ー ー 毛 ー ー 存在 ー ー 駆動部 回 転子 固定子 構成さ 回転子部 電子顕微鏡解析 得 立体構
造 FliF,FliG,FliM,FliN 結晶構造 解 い 部位 当
前進 後退時 ー ー ッ 部位構造 研究 明 生 型 時計回転バイア 変異体 FliG 子 示 赤 示 α 部 位 大 変化 見
