腸内連鎖球菌のナトリウムイオン輸送性V型ATPアーゼ


腸内連鎖球菌Enterococcus hiraeは耐塩、耐アルカリ性なのです!

腸内連鎖球菌はグラム陽性菌です。高塩、高pHでも生育できます。それは、 細胞膜にナトリウムイオンを排出するATPアーゼがあるからです。 しかも、このATPアーゼは真核細胞によく見いだされていたV(液胞)型 のATPアーゼで、真性細菌では私達が初めて見つけだしたのです。

V型ATPアーゼって何?

細胞の内外のイオン環境の恒常性維持は、生きとし生けるものにとって不可欠 です。その恒常性維持においては、生体膜に存在するイオン輸送性タンパク質、特にイオン輸送性 ATPアーゼが重要な役割を担っています。イオン輸送性ATPアーゼには3種のもの, 細胞膜に主にあるP型ATPアーゼ、ミトコンドリアや細菌細胞膜などにあるF型ATPアーゼ、 真核細胞の細胞内器官の膜に主にあるV型ATPアーゼが知られています。F型とV型 は非常によく似ています。F型ATPアーゼはミトコンドリアなどでの基質の酸化のエネルギー を使ったり、葉緑体で光のエネルギーを使ったりして、ATPを合成するのに働いています。 一方、V型ATPアーゼは逆にATPのエネルギーを使って各種細胞内器官にプロトンを 運び込むために働いています。

このように、V型ATPアーゼは細胞内器官や破骨細胞外のpHを酸性に保つために 重要な役割を担っています。この酸性pHは、実は細胞内器官でのコレステロール代謝や 老廃物の蓄積や、自己消化などに、また破骨細胞による骨組織破壊に密接に関わっています。 しかも、こうした細胞内器官の働きや破骨細胞の働きの異常が、実は動脈硬化や骨粗鬆症 に関係してくるのです。そのため、この酸性化の機構とpH調節機構は各種の疾病に 重要な関わりを持ち、研究が盛んです。その中で中心的な役割を担っているのがV型 ATPアーゼであり、このATPアーゼについての研究も重要と考えられています。

私達が見いだしたナトリウムイオン輸送性ATPアーゼは、真性細菌に初めて報告された V型ATPアーゼです。遺伝子のクローニングにより、大量発現・精製が可能となっています。 そこで、私達のATPアーゼの生化学的・分子生物学的研究により、V型ATPアーゼ一般の 諸性質について深い理解が得られるものと期待しています。


これまでの成果

今後の展開

参考事項

ミトコンドリアのF型ATPアーゼはV型ATPアーゼと非常に似ている。このF型ATPアーゼの 触媒頭部部分の三次元構造が Walkerらのグループ(Abrahams et al., Nature 370, 621-628 (1994))により明らかにされた。さらに、今年日本の吉田らと木下らのグループの共同研究 (Noji et al., Nature 386, 299-302 (1997))により、その触媒頭部が世界最小の モーターであることが示されました。私達のV型ATPアーゼも似た性質を持つと考えて、 研究に取り組んでいます。

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