チャネル

「膜輸送のダイナミクスに迫る」

■背景
細胞膜はたった1つの水分子も通さない疎水性の構造を作っていますが、そこに埋め込まれたチャネルやトランスポーター(膜輸送体)が、物質の輸送に働き、細胞内の状態を、外界とは異なる、一定の状態に保っています。



図1 光駆動カチオンチャネルの結晶構造



図2 細胞内マグネシウム濃度に応じて開閉するマグネシウムチャネルMgtEの結晶構造。



図3 細胞内マグネシウム濃度に応じて開閉するMgtEのチャネル活性。


■研究概要
チャネルやトランスポーターが、どのようなエネルギーを使って輸送を駆動するのか、輸送基質をどのように厳密に識別しているのか、細胞内の環境に応じてどのように輸送を制御しているのか、と言った問題を明らかにするために、X線結晶構造解析により膜輸送体の静止構造(スナップショット)を決定し(図1、2)、分子動力学シミュレーションを用いて動的な構造を明らかにし、パッチクランプ(図3)や蛍光分光法を用いて相補的な機能解析を行うことで、膜輸送体の分子機構を解明しています。

■科学的・社会的意義
本研究は、膜輸送体のダイナミックな分子機構を原子分解能で明らかにし、これに基づいて、膜輸送体の異常な働きにより惹起される数多くの疾患の予防・治療に貢献することが期待されます。

■参考文献
1)“Crystal structure of the channelrhodopsin light-gated cation channel” H. E. Kato, F. Zhang, O. Yizhar, C. Ramakrishnan, T. Nishizawa, K. Hirata, J. Ito, Y. Aita, T. Tsukazaki, S. Hayashi, P. Hegemann, A. D. Maturana, R. Ishitani, K. Deisseroth and O. Nureki
Nature 482, 369-374 (2012).
2)“Structure and function of a membrane component SecDF that enhances protein export” T. Tsukazaki, H. Mori, Y. Echizen, R. Ishitani, S. Fukai, T. Tanaka, A. Perederina, D. G. Vassylyev, T. Kohno, A. D. Maturana, K. Ito and O. Nureki Nature 474, 235-238 (2011).
3)“Structure and function of a membrane component SecDF that enhances protein export” T. Tsukazaki, H. Mori, Y. Echizen, R. Ishitani, S. Fukai, T. Tanaka, A. Perederina, D. G. Vassylyev, T. Kohno, A. D. Maturana, K. Ito and O. Nureki Nature 474, 235-238 (2011).
4)“Mg2+-dependent gating of bacterial MgtE channel underlies Mg2+ homeostasis” M. Hattori, N. Iwase, N. Furuya, Y. Tanaka, T. Tsukazaki, R. Ishitani, M. E. Maguire, K. Ito, A. Maturana and O. Nureki EMBO J 28, 3602-3612 (2009).
5)“Conformational transition of Sec machinery inferred from bacterial SecYE structures” T. Tsukazaki, H. Mori, S. Fukai, R. Ishitani, T. Mori, N. Dohmae, A. Perederina, Y. Sugita, D. G. Vassylyev, K. Ito and O. Nureki Nature 455, 988-991 (2008).
6)“Mg2+-sensing mechanism of Mg2+ transporter MgtE probed by molecular dynamics study” R. Ishitani, Y. Sugita, N. Dohmae, N. Furuya, M. Hattori, and O. Nureki
Proc. Natl. Acad. USA., 105, 15393-15398 (2008).
7)“Crystal structure of the MgtE Mg2+ transporter” M Hattori, Y. Tanaka, S. Fukai, R. Ishitani, O. Nureki Nature 448, 1072-1075 (2007).

■良く使用する材料・機器
1) SPring-8シンクロトロン放射光
2) 京コンピューター
3) パッチクランプ


H24年度分野別専門委員
東京大学大学院理学系研究科生物化学専攻
濡木 理 (ぬれき おさむ)
http://www.nurekilab.net/