細菌運動マシナリー研究室
南野研究室
細菌べん毛の構築と作動を支える分子基盤
教員
Research Summary
多くの運動性細菌は、べん毛と呼ばれる運動器官を使って環境中を移動します。べん毛は、細胞表層に形成される巨大な超分子複合体であり、細胞膜を隔てて形成されるイオン駆動力を動力源として高速回転する「回転分子モーター」として働きます。また、べん毛を構築するために必要なタンパク質は、べん毛の根元に存在する独自のタンパク質輸送装置によって決められた順序で細胞外へ送り出され、無駄なく効率よく組み立てられます。
私たちの研究室では、「巨大な分子機械であるべん毛がどのように構築され、どのようにイオン駆動力を回転運動へ変換するのか」という基本原理の解明を目指しています。遺伝学的・生化学的機能解析に加え、1分子計測などの生物物理学的手法、X線結晶構造解析やクライオ電子顕微鏡などの構造生物学的手法を相補的に組み合わせることで、べん毛の形成機構、タンパク質輸送機構、および回転運動機構を分子・原子レベルで明らかにします。
これらの研究を通して、生命がナノメートルサイズの分子部品から高性能な分子機械を作り上げ、それを動かす仕組みの普遍的な設計原理を理解することを目指しています。
細菌べん毛は、細胞表層から長く伸びるらせん型のべん毛繊維、自在継手として働くフック、イオン駆動型回転モーターとして働く基部体から構成される巨大な超分子複合体です（A–C）。べん毛を構成するタンパク質は、基部体に存在するべん毛特異的タンパク質輸送装置によって細胞外へ送り出され、べん毛先端で順次組み立てられます。私たちは、遺伝学、生化学、生物物理学、構造生物学を組み合わせ、べん毛の形成、タンパク質輸送、および回転運動を支える分子機構の解明に取り組んでいます。Dは、クライオ電子顕微鏡解析により明らかにしたFliPQRタンパク質輸送チャネルの原子構造を示します。
出版物
- Kinoshita M, Miyata T, Makino F, Imada K, Namba K, Minamino T. A β-cap on the FliPQR protein-export channel acts as the cap for initial flagellar rod assembly. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 122, e2507221122 (2025) https://doi.org/10.1073/pnas.2507221122
- Kinoshita M, Makino F, Miyata T, Imada K, Namba K, Minamino T. Structural basis for assembly and function of the Salmonella flagellar MS-ring with three different symmetries. Commun. Biol.8, 61 (2025). https://doi.org/10.1038/s42003-025-07485-2
- Minamino T, Morimoto YV, Kinoshita M, Namba K. Membrane voltage-dependent activation mechanism of the bacterial flagellar protein export apparatus. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 118, e2026587118 (2021). https://doi.org/10.1073/pnas.2026587118
- Nakamura S, Hanaizumi Y, Morimoto YV, Inoue Y, Erhardt M, Minamino T, Namba K. Direct observation of speed fluctuations of flagellar motor rotation at extremely low load close to zero. Mol. Microbiol. 113, 755–765 (2020). https://doi.org/10.1111/mmi.14440