岩本（木原） 昌子（いわもと（きはら）・あつこ）
Atsuko Iwamoto-Kihara
職位：准教授
学位：博士（工学）（大阪大学）
●大阪大学大学院工学研究科博士課程修了
●大阪大学産業科学研究所教務職員、東京大学大学院総合文化研究科助手を経て本学へ
専門分野
細胞機能学
研究テーマ
（1）ATP合成酵素の回転の制御機構
（2）ミュータンス菌F型プロトンATPaseの性状解析
（3）ATP合成酵素の構築機構
ATP（アデノシン三リン酸）は食物のエネルギー（動物）や光エネルギー（植物）によって細胞で合成され、筋収縮、能動輸送、合成反応などの細胞で起こる生命過程にエネルギーを供給する"細胞のエネルギー通貨"である。ATP合成酵素は、ADP（アデノシン二リン酸）と無機リン酸からATPを合成する膜酵素であり、生体膜の内外に形成されたプロトンの電気化学的ポテンシャルによってプロトンが膜を横切って流れるとき合成反応を行う。近年、本酵素は触媒反応と共に回転する「ナノモーター」であることが明らかになった。我々は、このモーター分子の回転機構を明らかにする目的で、大腸菌の相同酵素に遺伝学的な改変を加えて変異酵素の性状を解析している。生化学的な解析と共に一分子回転の直接観察も行い、細胞の環境によって回転の方向や頻度を調節する機構の詳細が明らかになれば、細胞のエネルギー代謝のきめ細かい調節の状況が解明できると考えられる。
虫歯の原因菌といわれるミュータンス菌では、相同な酵素がプロトン排出ポンプとして働いている。すなわち、歯牙のエナメル質を損壊する酸性pHで生存するため、ATPを分解する逆反応と共にプロトンを細胞外へ能動輸送している。細胞の外部pHが低くてもプロトンを内部に流入させないための制御機構があると考え、それを解明するためミュータンス菌酵素の遺伝子を大腸菌で発現させている。ミュータンス菌に特異的な酵素反応の制御機構が明らかになれば、それを標的とした薬剤が虫歯の予防に役立つかもしれない。
Topics of research
ATP (adenosine 5'-triphosphate) is an "energy currency" of the cells from bacterium through human. ATP is synthesized utilizing energy included in food molecules or sun light, and is hydrolyzed in energy consuming cellular events, such as muscular contraction, active transport of ions and nutrient, anabolic reactions, etc. ATP synthase is ubiquitously distributed in biological membranes, in which proton motive force (electrochemical potential of H+) was converted to the chemical energy of ATP. When protons were transported through the H+ pathway of the enzyme, ATP is synthesized on the catalytic site from ADP and inorganic phosphate. Recently, direct observation with a fluorescent probe revealed that the enzyme was a nano-size molecular motor in the membranes. The enzyme shows continuous rotation to one direction by ATP hydrolysis. The proton motive force supposed to rotate the enzyme to the reverse direction for ATP synthesis. Although the rotation is suggested to essential for energy coupling between catalysis and H+ transport, the mechanism was not known. We are studying rotational properties of Escherichia coli mutant enzymes to demonstrate coupling mechanism through rotation.
Streptococcus mutans, one of oral microbes, causes dental caries by acidification of tooth surface to secret lactic acid. S. mutans has F-type H+-ATPase in the plasma membrane to maintain cellular pH and survive in acidic environment. The H+-ATPase is a homolog of the ATP synthase, whereas it does not physiologically synthesize ATP by the reverse reaction. It is interesting to investigate regulation mechanism to avoid inward H+ transport into the cell. We try to express S. mutans enzyme in E. coli for enzymatic analysis. This study may contribute to development of a prevention of dental caries.
Fig. 1 Schematic model of ATP synthase. A subunit complex of γεc10 forms the rotor that rotate against a complex of α3β3δab2, the stator.
Fig. 2 F-type H+-ATPase is located in the plasma membrane of S. mutans. The enzyme actively pumps H+ to maintain cellular pH.
主な業績論文等
- Kashiwagi, S., Iwamoto-Kihara, A., Kojima, M., Nonaka, T., Futai, M., and Nakanishi-Matsui, M. Effects of mutations in the β subunit hinge domain on ATP synthase. F1 sector rotation : interaction between Ser174 and Ile163. Biochem. Biophys. Res. Commun., 365，227-231 (2008).
- Nakanishi-Matsui, M., Kashiwag, S., Ubukata, T., Iwamoto-Kihara, A., Wada, Y., and Futai, M. Rotational catalysis of Escherichia coli ATP synthase F1 sector. Stochastic fluctuation and a key domain of the β subunit. J. Biol. Chem. 282, 20698-20704 (2007)
- Hosokawa, H., Nakanishi-Matsui, M., Kashiwagi, S., Fujii-Taira, Y., Hayashi, K., Iwamoto-Kihara, A., Wada, Y., and Futai, M. ATP-dependent rotation of mutant ATP synthases defective in proton transport. J. Biol. Chem. 280, 23797-23801 (2005)
