細菌べん毛の自己構築とスイッチ機構

细菌鞭毛的自组装和开关机制

基本信息

批准号：
04F04171
负责人：
難波啓一
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-04F04171/
关键词：
1分子計測(SMD)電子顕微鏡ナノバイオナノマシン分子モーター

项目摘要

細菌の運動器官であるべん毛は、20種類の蛋白質から構成される生体超分子で、回転モータである基部体、らせん繊維型プロペラとして働くフィラメント、そしてそれらを連結してユニバーサルジョイントとして働くフックと、おおまかに3つの部分からなる。べん毛フィラメントはフラジェリンが非共有結合でらせん状に重合したチューブ構造で、極低温電子顕微鏡像の画像解析による構造解析法の長年にわたる工夫によってその原子モデルの構築に成功した(Yonekura et al., Nature 2003)。フックの構造については、その直線型構造の低温電子顕微鏡像解析による低分解能立体像と、サブユニット蛋白質FlgEのX線結晶構造解析法による原子モデルを組み合わせ、機能構造である曲がったフックの擬似原子モデルを構築し、それに基づく分子動力学シミュレーションにより、ドメイン間相互作用表面で一定数の水素結合やファンデアワールス接触点を保ちつつ結合相手を順次替えて相互滑りを起こし、各素繊維が約30%にもおよぶ伸縮をしてユニバーサルジョイント機能を実現することを明らかにした。(Samatey et al.Nature 2004)Roland DEGENKOLBE研究員は、べん毛基部体の蛋白質であるFliMとFliN、そしてべん毛蛋白質輸送装置の基幹サブユニットFliIとFliHが形成する複合体について、電子顕微鏡とX線回折法を組み合わせた超分子立体構造解析手法によるその全体構造の解析をめざしている。この複合体はべん毛の自己構築過程で、輸送の効率化を計るための非常に大切な役割を果たしており、構造が解けて原子モデルが構築できれば、べん毛蛋白質輸送のしくみについて大きな手がかりが得られると予想され、大変楽しみな研究プロジェクトである。そこで、DEGENKOLBE研究員は、この複合体の構成蛋白質を共発現する大腸菌大量発現系を用いた蛋白質試料の調整法、精製法の工夫を行い、結晶化とX線結晶構造解析、そして電子顕微鏡による立体構造解析をめざした研究作業を着実に進めてきた。いくつかの条件で微小な結晶が結晶化ドロップに現れ、それを拾い上げて実験室のX線回折装置にかけて回折能を確認したが、まだ良好な回折像は得られていない。結晶化条件をさらに工夫することにより結晶をより大きく成長させ、高分解能の回折反射を観測できるよう日夜がんばっている。この種類の仕事はリスクが大きく、本来ならば、2年間のJSPS特別研究員の短い期間中に挑戦するのには多大な困難が予想されるが、DEGENKOLBE研究員はこの難しい問題に果敢に挑戦し、質の高い成果を上げようとしており、その姿勢は高く評価できる。

鞭毛，细菌运动器官是由20种蛋白质组成的生物超分子，大约是三个部分：旋转运动底座体，一种用作螺旋纤维螺旋桨的细丝，以及一种充当通用关节的钩子。鞭毛丝具有一个管结构，其中鞭毛蛋白以非共价键和螺旋形式聚合，并能够在结构分析中使用低温电子显微镜图像的图像分析在结构分析中成功构建原子模型（Yonekura等人，Yonekura等，自然，自然，2003年）。关于钩子的结构，将线性结构的低分辨率定型图像与原子模型结合使用，使用X射线晶体学分析亚基蛋白FLGE来构造功能结构的伪原子模型，即弯曲挂钩，这是一个弯曲钩，并且基于该结构的分子动力学揭示了一定的固定数字，该数字揭示了一定的固定数字，该数字是固定的，该数字是固定的，该数字是固定的，该数字是固定的，该数字是固定的。和范德华（Van der Waals）在域间相互作用表面上的接触点，导致相互滑移，每只纤维膨胀和收缩约30％，达到了通用的关节功能。（Samatey等人自然，2004年）研究人员Roland Degenkolbe旨在分析Flim和Flin，Flim和Flin，Fliai碱基的蛋白质以及FLII和FLIH形成的复合物的整体结构，以及使用超分子三维分析方法组合方法的Flagella蛋白质传输设备的Flagella蛋白传输设备的核心亚基。这种复杂在鞭毛自我建设的自我建设过程中起着非常重要的作用，如果结构溶解并可以构建原子模型，则可以预期它将提供有关鞭毛蛋白运输方式的出色线索，这是一个非常令人兴奋的研究项目。因此，研究人员DeGenkolbe使用大肠杆菌的大规模表达系统进行了旨在结晶，X射线晶体结构分析和三维结构分析的研究工作，该系统共同表达了该复合物的蛋白质。在某些条件下，微观晶体出现在结晶液中，该晶体被拾取，并用于通过在实验室中使用X射线衍射装置来确认衍射能力，但没有获得良好的衍射图像。通过进一步设计结晶条件，晶体的生长甚至更大，白天和黑夜都努力工作以观察高分辨率的衍射反射。这种类型的工作是有风险的，有望在短短两年内解决JSPS专家研究人员很难解决，但是Degenkolbe研究人员大胆地解决了这个困难的问题，并试图实现质量成果，并且高度赞赏他的态度。