藍藻のニュース　藍藻の「時計たんぱく質」のリズミカルな構造変化を解明－分子時計の鼓動が聴こえる－

ＪＳＴ課題解決型基礎研究の一環として、名古屋大学大学院理学研究科の近藤孝男　教授と秋山修志　講師らは、藍藻の時計たんぱく質注１）が、あたかも心臓が拍動するかのように形状をリズミカルに膨張・収縮させ、２４時間周期で時を刻むことを明らかにしました。

藍藻（シアノバクテリア）は生物時計を備えた最も下等な生物で、その時計は３種類の時計たんぱく質（ＫａｉＡ、ＫａｉＢ、ＫａｉＣ）からなります。本研究グループは、これまでの研究から、この３つの時計たんぱく質をＡＴＰ注２）存在下で混合すると、ＫａｉＣのＡＴＰ加水分解酵素（ＡＴＰａｓｅ）活性やリン酸化状態が２４時間周期で振動することを示してきました。このことは、ＫａｉＣのＡＴＰａｓｅ活性が生物時計の周期を規定する重要な因子であると考えられ、ＡＴＰａｓｅ活性の増減に伴ってＫａｉＣの分子形態がどのように変動するのか、その分子機構の解明が期待されていました。

研究グループは今回、大型放射光施設ＳＰｒｉｎｇ－８注３）の理研構造生物学ビームラインＩ（ＢＬ４５ＸＵ:Ｘ線小角散乱法注４））や蛍光分光法を用いて、溶液中のＫａｉＣ分子が２４時間周期で形状をリズミカルに変化させることを解明しました。ＫａｉＣは、ドーナツを２つ積み上げたような二重のリング状構造をしていますが、片方のリングにあるＡＴＰａｓｅの制御状態と密に連動して、もう片方のリング半径が大きく膨らんだり、縮んだりを繰り返します。ＫａｉＡやＫａｉＢはこの膨張・収縮を感知することで、ＫａｉＣと結合・解離するタイミングを計っています。ＡＴＰａｓｅの基準信号をＫａｉＣの構造変化へと変換し、さらにそれを通じてＫａｉＡやＫａｉＢの結合・解離と連動させることで、より頑強で安定な２４時間振動を実現しているものと考えられます。

本研究によってＫａｉＣの構造変化の一端が解明され、ＫａｉＣがＡＴＰａｓｅ活性の自己制御を通じてどのように２４時間周期を実現しているのかを解明するための分子基盤が整備されました。シアノバクテリアで解明されつつあるＡＴＰを使った分子時計のフレームワークは今後、人間を含めた高等生物の時計研究の手がかりになるものと期待されます。

本研究成果は、２０１０年１１月２６日（英国時間）に欧州科学雑誌「ＴｈｅＥＭＢＯＪｏｕｒｎａｌ」のオンライン速報版で公開されます。

http://www.jst.go.jp/pr/announce/20101127/index.html

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