実験研究者との共同研究
学内外の実験研究者との共同研究に積極的に取り組んでいます。
鉄錯体輸送体の基質認識と輸送機構の解明
鉄錯体輸送体Yellow Stripe 1（YS1）は、Fe3+を結合したムギネ酸（Fe(III)-DMA）（図1）を細胞内に輸送することで、植物の根における難溶性の鉄イオンの吸収に重要な役割を果たしています。低温電子顕微鏡により、YS1単体および、YS1とFe(III)-DMAとの複合体の立体構造決定されました。YS1はFe(III)-DMAをH+と共輸送すると考えられていることから、本研究ではまず、MDシミュレーションを用いて、電子顕微鏡構造におけるプロトン化状態を決定し、続いて輸送に関わるプロトン化部位を決定しました。YS1はcore domainとscaffold domainからなり、core domainがscaffold domainに対して、elevator-like mechanismで移動することで、Fe(III)-DMAを輸送すると考えられています。そこで、core domainの膜貫通領域に存在する3つの酸性残基（D446, D490, D494）（図2）について、すべてのプロトン化状態の組み合わせについて500 nsのMDシミュレーションを行いました。この結果、D494のみがプロトン化している状態では、結合状態が安定に維持されたことから、Fe(III)-DMAが結合した電子顕微鏡構造はこの状態に対応していると考えられました。3つの酸性残基すべてがプロトン化した状態では、電子顕微鏡構造でcore domainと接触しているscaffold domainのTM6がcore domainから離れることから、これらのプロトン化が、core domainの移動を誘起していることが示唆されました（図3）。本研究は、理化学研究所の山形上級研究員らのグループと共同で行いました。
Yamagata et al., Nat. Commun. 13, 7180 (2022).
図1: ムギネ酸（deoxymugineic acid; DMA）の構造。
図2: YS1のFe(III)-DMA結合部位付近の拡大図。Core domainを青色、scaffold domainを緑色のリボンモデルで、D446、D490、D494をスティックモデルで表示している。また、Fe(III)-DMAのFe3+イオンを球で、DMAをスティックモデルで表示している。
図3: 提唱されたFe(III)-DMAとプロトンの共輸送のメカニズム。（左）低温電子顕微鏡により決定された構造は、細胞外側が開いたoutward open構造をとっており、D494がプロトン化することにより、Fe(III)-DMAを安定に結合する。（中）D446、D490もプロトン化すると、黄色で示したTM6が青色のコアドメインから離れる。（右）細胞内側が開いたinward open構造に遷移し、Fe(III)-DMAとプロトンが細胞内に放出される。