黑料网

奈良先端科学技術大学院大学（学長：塩﨑一裕）先端科学技術研究科バイオサイエンス領域構造生命科学研究室の塚崎智也教授らの研究グループは、黑料网大学院理学研究科の金岡優依博士後期課程学生、内橋貴之教授（兼 自然科学研究機構生命創成探究センター客員教授）、東京理科大学の森貴治准教授との共同研究により、細菌のタンパク质膜透过装置SecYEG-SecA複合体の1ユニットを用いて、タンパク质の膜通過の過程を、高速原子間力顕微鏡（HS-AFM）によって初めてリアルタイムで可视化することに成功しました。
　

生体膜は、細胞を外界から保護する重要な構造ですが、タンパク质などの高分子は通常、この膜を透過できません。そのため、生体膜にはSecというタンパク质からなる複合体が存在し、タンパク质を膜透过させる装置として働いています。この装置は、タンパク质が3次元構造を持ち機能する成熟した段階では通さず、未成熟で紐状のタンパク质を透過させます^（※2）。しかし、これまでに多くの解析が行われてきたものの、実際に作動中のタンパク质膜透过装置を視覚的に捉えた例はありませんでした。
　

今回の研究では、ナノディスクと呼ばれるナノ粒子に、1ユニットのSecYEG-SecA ATPase複合体を埋め込み、さらに、膜透过する紐状のタンパク质とエネルギー源ATPを加えることで、タンパク质の膜透过反応を再現しました。この反応を、HS-AFMを用いて観測したところ、タンパク质の膜透过プロセスを動画として記録することに成功しました。
この画像を用いた详细な解析では、アミノ酸の一次配列から叁次元の构造を予测する础滨システムの础濒辫丑补贵辞濒诲^（※3）によるタンパク质の予測構造も利用し、ATP加水分解に依存したSecAの構造変化も捉えることができました。具体的には、SecAが「High」と「Low」という2つの動的な構造状態を取り、これが透過のエネルギーを生み出すATPサイクルと連動していることを示しました。また、タンパク质の膜透过の速度が1秒間に約2.2アミノ酸残基であることを推定しました。
　

本研究は、タンパク质輸送の動的な分子メカニズムを解明する新たな道を切り開くものであり、基礎生物学の発展および他の膜タンパク质のナノスケールの動態解明にも応用可能な技術となります。本研究成果は、国際科学雑誌「Nature Communications」に、2025年1月8日（水）午前10時（ロンドン時間）に公開されます（顿翱滨：）。

【ポイント】

● 細菌の生体膜をタンパク质が透過する際に、通り道を形成するSecYEG-SecAという膜タンパク质複合体を用い、実際にタンパク质が膜を通過する過程を高速原子間力顕微鏡（HS-AFM^※1）により、世界で初めてリアルタイムで可视化しました。
● 詳細な画像解析からSecAの動的な構造変化（タンパク质を透過させる可働領域の位置が「High（高い）」と「Low（低い）」の上下運動を繰り返す状態）を捉え、この変化は透過のエネルギーを供給するATP加水分解サイクルと連動していることを示しました。
● タンパク质輸送速度が1秒間に約2.2アミノ酸残基であることを推定しました。
本測定手法は、他の膜タンパク质の動態解明にも応用可能です。

◆详细（プレスリリース本文）はこちら

【用语説明】

※1 高速原子間力顕微鏡（HS-AFM）：バイオサイエンス領域においては、水溶液中のタンパク质などの生体分子を、リアルタイムで画像取得できる。時間分解能は数十ミリ秒、空間分解能は1nm程度であり、ナノ（10憶分の１） メートルオーダー粒子の動的解析が可能である。
※2 未成熟で紐状のタンパク质の透過：タンパク质はアミノ酸が連結したポリペプチドであり、多くの場合ポリペプチドがフォールドして（折りたたまれて）ある特定の構造体を形成し機能する。本研究が取り扱うタンパク质の膜透过では、そのフォールディングの前の状態、すなわちポリペプチドが紐状の状態で輸送される。
※3 AlphaFold：今年のノーベル化学賞の対象となったAIによるタンパク质構造予測のシステム。

【论文情报】

タイトル：AFM observation of protein translocation mediated by one unit of SecYEG-SecA complex
（原子間力顕微鏡による1ユニットのSecYEG-SecA複合体を介したタンパク质の膜透过の観察）
著者：Yui Kanaoka, Takaharu Mori, Wataru Nagaike, Seira Itaya, Yuto Nonaka, Hidetaka Kohga, Takamitsu Haruyama, Yasunori Sugano, Ryoji Miyazaki, Muneyoshi Ichikawa, Takayuki Uchihashi, Tomoya Tsukazaki
（金岡 優依、森 貴治、長池 航、板家 成良、野中 雄仁、甲賀 栄貴、春山 隆充、菅野 泰功、宮﨑 亮次、市川 宗厳、内橋 貴之、塚崎智也）
掲載誌：Nature Communications
顿翱滨：

【研究代表者】

、金岡 優依(博士後期課程学生)