名古屋工業大学 生命?応用化学類の錦野達郎助教、大阪大学 大学院理学研究科の竹川宜宏助教、今田勝巳教授、京都工芸繊維大学 応用生物学系の岸川淳一准教授、黑料网 大学院理学研究科の小嶋誠司教授らの研究グループは、クライオ电子顕微镜単粒子解析法※3により、細菌の運動を担うエネルギー変换装置「べん毛モーター固定子」の構造を近原子レベルの分解能で明らかにしました。
海に生息する海洋性ビブリオ菌は、べん毛線維をスクリューのように回転させて泳ぎます。べん毛の回転力は、根元の膜に埋まったモーターの固定子の中をナトリウムイオンが流れることにより生み出されますが、その仕組みはよく分かっていませんでした。本研究グループは、クライオ电子顕微镜単粒子解析法により、海洋性ビブリオ菌の固定子（PomAPomB）の立体構造を明らかにし、その構造に含まれていたナトリウムイオンの配置から、固定子内のイオン透過経路およびイオン選択方法を突き止めました。さらに、ナトリウムイオンチャネル阻害剤（フェナミル※4）が结合した固定子の构造を明らかにすることで、阻害剤によりモーターの回転が物理的に阻害されるしくみを解明しました。本研究成果は、将来的に极小分子モーターの工学的开発や细菌の运动を薬剤により制御することで细菌感染に対する予防や治疗を目的とした医学的応用につながることが期待されます。
本研究成果は、米国科学誌「Proceedings of the National Academy of Sciences」（オンライン）に2024年12月30日に公開されました。
?海洋性ビブリオ菌の运动に必须なべん毛※1モーター固定子※2の构造を明らかにした。
?これまで分かっていなかった固定子の中のナトリウムイオン透过経路を解明。
?病原性细菌の感染予防、治疗に向けた新たな薬剤の开発への応用に期待。
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（※1）べん毛：细菌の细胞表面から生えた螺旋状构造の运动器官。细胞外に存在する「べん毛线维」、细胞表层に埋まっている复数のリング构造からなるトルク产生や回転方向の决定に関わる「モーター」、モーターとべん毛线维をつなぐ「フック」の3种类の部位に分けられる。そのなかの「モーター」はさらに「固定子」と「回転子」の2つの复合体から构成される。
（※2）固定子：べん毛モーターにおいてイオンを流すことで回転を生み出すタンパク质复合体。细胞内膜を介して细胞内外に形成される电気化学勾配を利用することで、固定子自身が回転する。
（※3）クライオ电子顕微镜単粒子解析法：极低温（クライオ）环境でタンパク质试料に电子线を照射し、得られたタンパク质の二次元投影像から立体构造を解析する手法。一般的な光学顕微镜で区别できる大きさが数百ナノメートル（ヒトの髪の毛の太さが约百ナノメートル）なのに対し、本手法では数オングストロームの大きさ（水素原子1个の直径が1オングストローム）を区别することができる。
（※4）フェナミル：利尿剤として用いられている化合物「アミロライド」の诱导体の一种。アミロライドとその诱导体は生物の様々なナトリウムイオン输送体に结合し、ナトリウムイオンの输送を阻害することが分かっている。
論文名: Structural insight into sodium ion pathway in the bacterial flagellar stator from marine Vibrio.
著者名: Tatsuro Nishikino*, Norihiro Takekawa, Jun-ichi Kishikawa, Mika Hirose, Seiji Kojima, Michio Homma, Takayuki Kato, Katsumi Imada*. (*:共同責任著者)
掲載雑誌名： Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America
公表日： 2024年12月30日
DOI: doi.org/10.1073/pnas.2415713122
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