時分割X線結晶構造解析によるアクチンATP加水分解反応の活写

通过时间分辨 X 射线晶体学对肌动蛋白 ATP 水解反应进行成像

基本信息

批准号：
20K06522
负责人：
武田修一
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Okayama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K06522/
关键词：
アクチン ATP加水分解時分割結晶構造解析細胞骨格 X線結晶構造解析

项目摘要

アクチン繊維は、ATP加水分解によってダイナミックに重合・脱重合を繰り返すことで、細胞運動の駆動力を産む。繊維中のアクチン分子は単量体とは異なるF（filament）型コンフォメーションを取り（Oda, Nature, 2009）、ATP加水分解はF型アクチンのみで起こる。近年のクライオ電子顕微鏡技術の発展によって、3.1オングストローム分解能のアクチン繊維構造が報告されている（Merino, Nat Struct Mol Biol, 2018; Chou, PNAS, 2019）。しかしこれらの“近原子分解能”構造では、加水分解反応の肝である水分子は同定できない。タンパク質中の水分子位置の判別にはX線結晶構造解析が適しているが、その不定長の繊維に会合する性質ゆえ、これまでアクチン繊維の単結晶化は不可能であった。申請者は最近アクチン結合タンパク質との共結晶化によって、F型アクチンの高分解能結晶構造を決定することに成功した。本研究ではこの系を用いて、時分割X線結晶構造解析法によってアクチンATP加水分解を結晶中で捉えることを目標とする。ATPは生体内で最も普遍的に利用されているエネルギー通貨であり、その加水分解反応機構の解明はアクチン研究分野に留まらず、物質代謝や核酸合成など、細胞内で起こるATPをエネルギー源とする化学反応全般を理解する上で非常に重要である。本年度においては、フラグミンF１ドメインの溶液中における活性の詳細、アクチンとの結合アフィニティやヌクレオチド交換促進能、ATP加水分解活性を測定した。

肌动蛋白纤维通过 ATP 水解动态重复聚合和解聚，产生细胞运动的驱动力。纤维中的肌动蛋白分子采用F（丝）构象，与单体的构象不同（Oda，Nature，2009），并且ATP水解仅发生在F型肌动蛋白中。随着冷冻电镜技术的最新发展，分辨率为3.1埃的肌动蛋白丝结构已被报道(Merino, Nat Struct Mol Biol, 2018; Chou, PNAS, 2019)。然而，这些“近原子分辨率”结构无法识别水解反应的关键水分子。尽管 X 射线晶体学适用于确定蛋白质中水分子的位置，但由于肌动蛋白纤维倾向于与不同长度的纤维结合，因此不可能单晶化肌动蛋白纤维。申请人最近通过与肌动蛋白结合蛋白共结晶，成功确定了F型肌动蛋白的高分辨率晶体结构。在这项研究中，我们的目标是利用该系统通过时间分辨 X 射线晶体学捕获晶体中的肌动蛋白 ATP 水解。 ATP是生物体中最普遍使用的能量货币，其水解反应机制的阐明不仅限于肌动蛋白研究领域，还涉及利用细胞内发生的ATP作为能量来源，例如物质代谢和核酸合成对于理解一般化学反应非常重要。今年，我们测量了溶液中法安明 F1 结构域的活性细节、其与肌动蛋白的结合亲和力、促进核苷酸交换的能力以及 ATP 水解活性。

项目成果

期刊论文数量（9）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

ツインフィリン C末端尾部によるアクチンキャッピングタンパク質制御機構

twinfilin C末端尾部对肌动蛋白加帽蛋白的控制机制

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
武田修一;小池亮太郎;藤原郁子;成田哲博;宮田真人;太田元規;前田雄一郎
通讯作者：
前田雄一郎

Crystal structure of human V-1 in the apo form

apo 形式的人 V-1 的晶体结构

DOI：
10.1107/s2053230x20016829
发表时间：
2021
期刊：
Acta Crystallogr F Struct Biol Commun
影响因子：
0
作者：
Shuichi Takeda;Ryotaro Koike;Takayuki Nagae;Ikuko Fujiwara;Akihiro Narita;Yuichiro Maeda;Motonori Ota
通讯作者：
Motonori Ota

Structural insights into the regulation of actin capping protein by twinfilin C-terminal tail

Twinfilin C 末端尾部对肌动蛋白加帽蛋白的调节的结构见解

DOI：
10.1016/j.jmb.2021.166891
发表时间：
2021
期刊：
J Mol Biol
影响因子：
5.6
作者：
Shuichi Takeda;Ryotaro Koike;Ikuko Fujiwara;Akihiro Narita;Makoto Miyata;Motonori Ota and Yuichiro Maeda
通讯作者：
Motonori Ota and Yuichiro Maeda

X線小角散乱および単結晶解析で探るアクチン繊維切断タンパク質フラグミンの作用機序

利用小角 X 射线散射和单晶分析探索肌动蛋白纤维切断蛋白法安明的作用机制

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
武田修一;杉本泰信;小田俊郎
通讯作者：
小田俊郎

F型アクチン結晶構造解析から明らかとなったATP加水分解機構

F型肌动蛋白晶体结构分析揭示ATP水解机制

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
4.兼松佑典,　成田哲博,　小田俊郎,　小池亮太郎,　太田元規,　鷹野優,　森次圭,　藤原郁子,　田中康太郎;小松英幸,　永江峰幸,　渡邉信久,　岩佐充貞,　前田雄一郎,　武田修一
通讯作者：
小松英幸,　永江峰幸,　渡邉信久,　岩佐充貞,　前田雄一郎,　武田修一