Rotation mechanism of a shaftless enterococcus hirae V1-ATPase

无轴海拉肠球菌V1-ATP酶的旋转机制

• 批准号: 20J11683
• 负责人: 丸山 慎太郎
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Chiba University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J11683/
• 关键词: V1-ATPase; X線結晶構造解析; 回転分子モーター; 回転触媒機構; 相関構造解析; 結晶構造; 高速AFM; SPR

本研究では、回転分子モーターの一種であるV型ATPaseの特に回転分子モーターV1-ATPase部分について、一方向回転メカニズムを明らかにするために、生化学的性質を明らかにし、X線結晶構造解析と高速AFM観察を組み合わせた相関構造解析法を確立することを目指している。以下に当該年度に得られた研究成果の概要を記載する。(1) システイン変異A3B3複合体のX線結晶構造解析:金沢大学安藤研究室との共同研究によって、高速AFM観察とX線結晶構造解析を組み合わせた相関構造解析に向けて、当該年度はA3B3複合体の変異体の結晶構造を収集し、ヌクレオチド非結合型・AMP-PNP結合型（ATP加水分解待ちステップ）・ADP結合型（ADP脱離待ちステップ）の３種類の結晶構造を決定し、Protein Data Bank (PDB)に登録した。(2) V1-ATPaseの親和性変化モデル: 東京理科大学山登研究室・白石研究室との共同研究によって、各種ヌクレオチド結合によるV1-ATPase各構成サブユニット間の結合親和性の変化を明らかにし、回転分子モーター部分であるV1-ATPaseの構成サブユニット間の結合親和性が加水分解前後で変化するということを明らかにした。当該年度は明らかとなった生化学的知見と構造生物学的知見を組み合わせて、V1-ATPaseの回転メカニズムについてAffinity change modelという回転メカニズムモデルを提唱し、日本生体エネルギー研究会第46回討論会にて報告を行い、Biochem. Biophys. Res. Commun.に論文が掲載された。(3) 分子メカニズムの提案: 金沢大学安藤研究室との共同研究により、相関構造解析に向けて高速AFM像と結晶構造、生化学的性質等の共有を行った。当該年度は高速AFM観察とX線結晶構造解析から考えられるV1-ATPaseの一方向メカニズムについて、日本結晶学会令和2年（2020年）度年会及び会員総会70周年記念大会にて報告を行った。

在本研究中，为了阐明旋转分子马达的一种类型V型ATP酶，特别是旋转分子马达的V1-ATP酶部分的单向旋转机制，我们阐明了其生化性质并进行了X射线晶体结构分析我们的目标是建立一种结合高速AFM观察的相关结构分析方法。以下是相关年份获得的研究成果的摘要。 (1)半胱氨酸突变体A3B3复合物的X射线晶体结构分析：通过与金泽大学安藤实验室的联合研究，我们将结合高速AFM观察和X射线晶体结构，对A3B3复合物进行相关结构分析我们收集了三种类型的晶体结构：无核苷酸、AMP-PNP 结合（ATP 水解等待步骤）和 ADP 结合（ADP 解吸步骤）。注册于（PD​​B）。 (2) V1-ATPase亲和力变化模型：通过与东京理科大学大和实验室和白石实验室的联合研究，我们阐明了V1-ATPase各组成亚基之间由于各种核苷酸结合而导致的结合亲和力的变化。 V1-ATP酶（旋转分子马达部分）的组成亚基之间的结合亲和力在水解前后发生变化。今年，我们结合已明确的生物化学知识和结构生物学知识，针对V1-ATP酶的旋转机制提出了称为“亲和力变化模型”的旋转机制模型，并在第46届日本生物能源研究会辩论会上发表该论文发表在《生物化学》杂志上。 （3）分子机制的提出：通过与金泽大学安藤实验室的联合研究，我们共享高速AFM图像、晶体结构、生化性质等，进行相关结构分析。本财年，我们在日本晶体学会2020年年会暨成立70周年纪念会上，提出了基于高速AFM观察和X射线晶体结构分析认为的V1-ATPase单向机制的报告会员大会会议。

项目成果

V1-ATPaseの回転メカニズムを明らかにする親和性変化モデル

亲和力变化模型阐明了 V1-ATPase 的旋转机制

• 发表时间: 2020
• 作者: 丸山 慎太郎;新井 聡;白石 充典;山登 一郎;村田 武士
• 通讯作者: 村田 武士

X線結晶構造解析 × 〇〇 で迫る！回転分子モータータンパク質V1-ATPaseの一方向回転メカニズム

X射线晶体结构分析×〇〇逼近！

• 发表时间: 2020
• 作者: 丸山慎太郎

An affinity change model to elucidate the rotation mechanism of V1-ATPase

阐明 V1-ATPase 旋转机制的亲和力变化模型

• DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.10.033
• 发表时间: 2020
• 影响因子: 3.1
• 作者: Arai Satoshi;Maruyama Shintaro;Shiroishi Mitsunori;Yamato Ichiro;Murata Takeshi
• 通讯作者: Murata Takeshi

An affinity change model to elucidate the rotation mechanism of V1-ATPase

阐明 V1-ATPase 旋转机制的亲和力变化模型

• DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.10.033
• 发表时间: 2020
• 影响因子: 3.1
• 作者: Arai Satoshi;Maruyama Shintaro;Shiroishi Mitsunori;Yamato Ichiro;Murata Takeshi
• 通讯作者: Murata Takeshi