均一粒径リポソームを用いたFoF1-ATP合成酵素の回転とプロトン輸送の同時計測

使用均匀大小的脂质体同时测量 FoF1-ATP 合酶周转和质子传输

基本信息

批准号：
21J13358
负责人：
渡邉亮
金额：
$ 0.96万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

今年度は、薬剤ターゲットとして注目される病原性マイコバクテリアのFoF1-ATP合成酵素(FoF1)に焦点を当てた。結核菌などが属するマイコバクテリアのFoF1には、生育に不利な環境下でも生存するべく、種特異的なATPase活性の阻害機構を持つ。その阻害機構について、マイコバクテリア由来FoF1のアミノ酸配列比較や構造解析から、F1部分のαサブユニットC末端の30残基程度の領域(αCTD)であることが明らかにされた。特に近年の構造解析から、αCTDがγサブユニットのloop領域と相互作用するで、FoF1のATPase活性を阻害されることが明らかにされた。このαCTD領域は抗結核薬の標的部位として注目されているが、マイコバクテリア属は培養の難しさに加え、大腸菌を用いたマイコバクテリアFoF1・F1の大量発現・精製手法が確立されていないため、一分子レベルでのαCTDの機能解析は行われていない。そこで本研究は、このマイコバクテリアFoF1に特有な領域αCTDを、取り扱いが容易な好熱菌由来F1(TF1)に実装し、マイコバクテリア由来FoF1に特有なαCTD阻害を再現することを目指した。まずTF1の回転軸γをマイコバクテリア由来F1(MsF1)のγに交換した。この変異体F1に対してさらにそのαのC末端にMsF1のαCTD領域を導入したところ、αCTDの有無によるATPase活性の差異は見られなかった。そこでこの回転軸γについて、MsF1のγに結合しているεサブユニットを導入したところ、αCTD領域を含む変異体は、αCTD領域を含まない変異体よりも約10倍程度、ATPase活性が減少することを発見した。つまり本研究で、種特異的なF1のATPase活性制御機構を、別種F1上で再現することに成功した。この成果は、病原性バクテリアF1を標的とした薬剤スクリーニングに応用できると期待できる。

今年，我们重点关注致病性分枝杆菌 FoF1-ATP 合酶 (FoF1)，它作为药物靶点而备受关注。分枝杆菌（包括结核分枝杆菌）的 FoF1 具有抑制 ATP 酶活性的物种特异性机制，以便即使在不利于生长的环境中也能生存。至于其抑制机制，通过对分枝杆菌FoF1的氨基酸序列比对和结构分析，发现其位于F1部分α亚基C端约30个残基的区域（αCTD）。特别是，最近的结构分析表明，αCTD 与 γ 亚基的环区域相互作用并抑制 FoF1 的 ATP 酶活性。该αCTD区域作为抗结核药物的靶位点而受到关注，但除了分枝杆菌属的培养困难之外，还没有建立使用大肠杆菌大量表达和纯化分枝杆菌FoF1/F1的方法。尚未进行单分子水平的αCTD。因此，在本研究中，我们的目标是将分枝杆菌FoF1特有的αCTD区域植入易于操作的嗜热F1（TF1）中，并重现分枝杆菌FoF1特有的αCTD抑制作用。首先，将TF1的旋转轴γ替换为分枝杆菌F1(MsF1)的γ。当将MsF1的αCTD区域进一步引入突变体F1的αC末端时，根据αCTD的存在或不存在，没有观察到ATP酶活性的差异。因此，当我们在该旋转轴γ上引入与MsF1的γ结合的ε亚基时，包含αCTD区域的突变体的ATP酶活性比不包含αCTD区域的突变体低大约10倍。发现了这一点。换句话说，在本研究中，我们成功地在不同物种的F1上重现了F1的物种特异性ATPase活性调节机制。该结果有望应用于针对致病菌F1的药物筛选。

项目成果

期刊论文数量（2）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Rotary properties of hybrid F1-ATPases consisting of subunits from different species

由不同物种亚基组成的杂合 F1-ATP 酶的旋转特性

DOI：
10.1016/j.isci.2023.106626
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
5.8
作者：
Ryo R. Watanabe; Busra Tas Kiper; Mariel Zarco
通讯作者：
Mariel Zarco

Rotary properties of hybrid F1-ATPases consisting of subunits from different species

由不同物种亚基组成的杂合 F1-ATP 酶的旋转特性

DOI：
10.1016/j.isci.2023.106626
发表时间：
2023-05-19
期刊：
影响因子：
5.8
作者：
Watanabe, Ryo R.;Kiper, Busra Tas;Zarco-Zavala, Mariel;Hara, Mayu;Kobayashi, Ryohei;Ueno, Hiroshi;Garcia-Trejo, Jose J.;Li, Chun-Biu;Noji, Hiroyuki
通讯作者：
Noji, Hiroyuki