研究業績
これまでに発表した論文を紹介します。
研究業績
原著論文 （詳細はPubMedからご覧ください）
34. Evolution of ribosomal protein S14 demonstrated by the reconstitution of chimeric ribosomes in Bacillus subtilis
Genki Akanuma, Fujio Kawamura, Satoru Watanabe, Masaki Watanabe, Fumiya Okawa, Yosuke Natori, Hideaki Nanamiya, Kei Asai, Taku Chibazakura, Hirofumi Yoshikawa, Akiko Soma, Takashi Hishida, and Yasuyuki Kato-Yamada
J. Bacteriol. (2021) 203, e00599
33. ATP-binding affinity of the epsilon subunit of thermophilic F1-ATPase under label-free conditions
Miria Fujiwara, and Yasuyuki Kato-Yamada
Biochem. Biophys. Rep.(2020) 21, 100725
藤原さんは、変異体でATP結合が強くなるしくみを明らかにしようと、たくさんの変異体を作製してがんばったのですが、そちらの結果は解釈が難しいものでした。その過程で野生型のATP結合について、非標識で測定したところ、以前の結果より1桁ほど強いという結果だったので、後々の事も考えて、そのことだけでもと論文にまとめました。
32. C-terminal regulatory domain of the ε subunit of FoF1 ATP synthase enhances the ATP-dependent H+ pumping that is involved in the maintenance of cellular membrane potential in Bacillus subtilis
Genki Akanuma, Tomoaki Tagana, Maho Sawada, Shota Suzuki, Tomohiro Shimada, Kan Tanaka, Fujio Kawamura, and Yasuyuki Kato-Yamada
MicrobiologyOpen(2019) e815
εサブユニットによる調節が、生きた枯草菌の中でどのように働いているかを明らかにした論文です。ずっとεサブユニットによる調節について研究をしてきたのですが、「はたして生きた菌の中でこのしくみが役に立つことがあるのか？」生化学の実験をやりながら、いつも気になっていました。自分で大腸菌での実験を始めたのは20世紀の終わり頃！それから20年近く、枯草菌での実験を始めてからでも15年近く経ち、ようやくまとまった論文です。私の仕切りではこの仕事を論文にまとめるところまで進められなかったと思います。赤沼さんに来てもらって本当に良かったです。
31. Magnesium suppresses defects in the formation of 70S ribosomes as well as sporulation caused by lack of several individual ribosomal proteins
Genki Akanuma, Kotaro Yamazaki, Yuma Yagishi, Yuka Iizuka, Morio Ishizuka, Fujio Kawamura, and Yasuyuki Kato-Yamada
J. Bacteriol. (2018) 200, e00212-18
30. Mechanistic insights into the activation of soluble guanylate cyclase by carbon monoxide: A multistep mechanism proposed for the BAY 41-2272 induced formation of 5-coordinate CO-heme
Ryu Makino, Yuji Obata, Motonari Tsubaki, Tetsutaro Iizuka, Yuki Hamajima, Yasuyuki Kato-Yamada, Keisuke Mashima, and Yoshitsugu Shiro
Biochemistry (2018) 57, 1620-1631
29. Essential role of the ε subunit for reversible chemo-mechanical coupling in F1-ATPase
Rikiya Watanabe, Makoto Genda, Yasuyuki Kato-Yamada, and Hiroyuki Noji
Biophys. J. (2018) 114, 178-187
28. The structural basis of a high affinity ATP binding ε subunit from a bacterial ATP synthase
Alexander Krah, Yasuyuki Kato-Yamada, and Shoji Takada
PLoS ONE (2017) 12, e0177907
27. Pressure adaptation of 3-isopropylmalate dehydrogenase from an extremely piezophilic bacterium is attributed to a single amino acid substitution
Yuki Hamajima, Takayuki Nagae, Nobuhisa Watanabe, Eiji Ohmae, Yasuyuki Kato-Yamada, and Chiaki Kato
Extremophiles (2016) 20, 177-186
26. High affinity nucleotide-binding mutant of the epsilon subunit of thermophilic F1-ATPase
Yasuyuki Kato-Yamada
Biochem. Biophys. Res. Commun. (2016) 469, 1129-1132
「あるきっかけで作った変異体εサブユニットのATP結合能を調べてみたら、なんと野生型より100倍近く強くなっていました」というだけの論文です。これだけで論文にするのは、私ならではかもしれません。とはいえ「100倍！」というと、何かすごそうでしょう。久しぶりの単著の論文です。まだまだ（たまには）自分で実験をやりますよ。
25. Ribosome dimerization is essential for the efficient regrowth of Bacillus subtilis
Genki Akanuma, Yuka Kazo, Kazumi Tagami, Hirona Hiraoka, Koichi Yano, Shota Suzuki, Ryo Hanai, Hideaki Nanamiya, Yasuyuki Kato-Yamada, and Fujio Kawamura
Microbiology (2016) 162, 448-458
24. Severe MgADP inhibition of Bacillus subtilis F1-ATPase is not due to the absence of nucleotide binding to the noncatalytic nucleotide binding sites
Toru Ishikawa, and Yasuyuki Kato-Yamada
PLoS ONE (2014) 9, e107197
「枯草菌F1の非常に強力なADP阻害は、ADP阻害の回復に必要とされる非触媒部位へのATP結合が無いせいではないか？」ということで、調べてみたら残念ながらタイトルの通り、違いました。それだけだと論文にはならなそうなので、非触媒部位へATPが結合できない変異体ではどうなるかも調べ、まとめました。
私が筆頭もしくは責任著者として関わった論文でタイトルやアブストラクトに「εサブユニット」というのが入っていない、初めての論文です。
石川くんはこの実験を大学院から始めたのですが、2年間で何とかまとめることができました。
23. Pressure effects on the chimeric 3-isopropylmalate dehydrogenases of the deep-sea piezophilic Shewanella benthica and the atmospheric pressure adapted Shewanella oneidensis
Yuki Hamajima, Takayuki Nagae, Nobuhisa Watanabe, Yasuyuki Kato-Yamada, Takeo Imai, and Chiaki Kato
Biosci. Biotechnol. Biochem. (2014) 78, 469-471
22. ε Subunit of Bacillus subtilis F1-ATPase relieves MgADP inhibition
Junya Mizumoto, Yuka Kikuchi, Yo-hei Nakanishi, Naoto Mouri, Anrong Cai, Tokushiro Ohta, Takamitsu Haruyama, and Yasuyuki Kato-Yamada
PLoS ONE (2013) 8, e73888
枯草菌F1では、εサブユニットによる阻害が見られず、むしろ活性化が見られること、それがADP阻害の解除によるものである事を示した論文です。
立教に来た次の年から始めた枯草菌F1の実験。沢山の４年生の手によって、毎年少しずつ進めてきましたが、水本くんが大学院での研究としてまとめ、菊池さんの変異体を使った実験とあわせて、論文にまとめることが出来ました。原稿の書き直しや、追加実験などをしていたら、最初に投稿してからアクセプトされるまでに、随分時間がかかってしまいました。苦労しただけに、アクセプトになって嬉しかったです。
21. Hydrophobic shield on the molecular surface enhances thermal stability of ferredoxin of Cyanidioschyzon merolae
Yuko Ueno, Yasuyuki Kato-Yamada, and Takeo Imai
J. Jpn. Soc. Extremophiles (2012) 11, 59-63
20. ATP binding to the ε subunit of thermophilic ATP synthase is crucial for efficient coupling of ATPase and H+ pump activities
Fumitaka Kadoya, Shigeyuki Kato, Kei Watanabe, and Yasuyuki Kato-Yamada
Biochem. J. (2011) 437, 135-140
この論文では、εサブユニットにATPが結合していない状態では、ATPaseとH+輸送が脱共役するという全く新しい現象を見つけられました。研究室ではこれを見つけた角屋くんの名前に因んで、「角屋状態」と呼んでいます。こういう考えてもいなかったものが見つかるというのは、ワクワクしますね。
19. Inhibition of thermophilic F1-ATPase by the ε subunit takes different path from the ADP-Mg inhibition
Takamitsu Haruyama, Yoko Hirono-Hara, and Yasuyuki Kato-Yamada
BIOPHYSICS (2010) 6, 59-65
ADP阻害とεサブユニットによる阻害が全く異なるものであることを1分子観察によって示しました。研究室の主ともいえる、山田研究室初の博士である春山くんの渾身の論文です。毎日毎日コツコツと続けた研究をようやくまとめることができました。
18. Conformational transitions of subunit ε in ATP synthase from thermophilic Bacillus PS3
Boris A. Feniouk, Yasuyuki Kato-Yamada, Masasuke Yoshida, and Toshiharu Suzuki
Biophys. J. (2010) 98, 434-442
17. Modulation of nucleotide binding to the catalytic sites of thermophilic F1-ATPase by the ε subunit: Implication for the role of the ε subunit in ATP synthesis
Taichi Yasuno, Eiro Muneyuki, Masasuke Yoshida, and Yasuyuki Kato-Yamada
Biochem. Biophys. Res. Commun. (2009) 390, 230-234
二期生の安野くんの論文です。εサブユニットがATP合成酵素の触媒部位へのヌクレオチド結合を著しく阻害する様子を定量的に捉えることができました。非常に細かい実験でしたが、彼には向いていたようです。おかげさまで追加の実験ゼロでまとめることができました。
16. Visualization of ATP levels inside single living cells with fluorescence resonance energy transfer-based genetically-encoded indicators
Hiromi Imamura, Kim P. Huynh Nhat, Hiroko Togawa, Kenta Saito, Ryota Iino, Yasuyuki Kato-Yamada, Takeharu Nagai and Hiroyuki Noji
Proc. Natl. Acad. Sci., U.S.A. (2009) 106, 15651-15656
15. Role of the ε subunit of thermophilic F1-ATPase as a sensor for ATP
Shigeyuki Kato, Masasuke Yoshida, and Yasuyuki Kato-Yamada
J. Biol. Chem. (2007) 282, 37618-37623
私が以前に発見したεサブユニットへのATP結合が活性調節に関係することを示した論文です。研究室の一期生で、研究室の立ち上げから修士までの3年間、研究室の中心となってがんばってくれた加藤くんの論文です。結果の解釈がうまくできなくて、どうなることかと思うような状況もありましたが、きれいにまとまりました。これでようやく独立してからまとまった仕事ができたなあと感慨深かったです。
14. Structures of the thermophilic F1-ATPase ε subunit suggesting ATP-regulated arm motion of its C-terminal domain in F1
Hiromasa Yagi, Nobumoto Kajiwara, Hideaki Tanaka, Tomitake Tsukihara, Yasuyuki Kato-Yamada, Masasuke Yoshida, and Hideo Akutsu
Proc. Natl. Acad. Sci., U.S.A. (2007) 104, 11233-11238
13. γε sub-complex of thermophilic ATP synthase has the ability to bind ATP
Satoshi Iizuka, Shigeyuki Kato, Masasuke Yoshida, and Yasuyuki Kato-Yamada
Biochem. Biophys. Res. Commun. (2006) 349, 1368-1371
一期生の飯塚くんの論文です。εサブユニットへのATP結合が単離サブユニットだけでなく、複合体上でも起こることを示しました。彼は卒研生として1年間在籍しただけですが、論文になっていない実験も多くあり、よくがんばってくれました。
12. Isolated ε subunit of Bacillus subtilis F1-ATPase binds ATP
Yasuyuki Kato-Yamada
FEBS Lett. (2005) 579, 6875-6878
記念すべき立教大学山田研究室発の第1号論文。私の（～2015までで）唯一の単著論文にして初コレスポ論文です。立教に移って1年経ち、「とにかく立教でやった仕事を出そう！」と夏休みにがんばってやった実験です。ゲルろ過では見ることができない弱いATP結合を、蛍光標識によって検出することで、枯草菌F1のεサブユニットにもATPが結合することを示しました。
11. Real time monitoring of conformational dynamics of the ε subunit in F1-ATPase
Ryota Iino, Tomoe Murakami, Satoshi Iizuka, Yasuyuki Kato-Yamada, Toshiharu Suzuki, and Masasuke Yoshida
J. Biol. Chem. (2005) 280, 40130-40134
10. Highly coupled ATP synthesis by F1-ATPase single molecules
Yannick Rondelez, Guillaume Tresset, Takako Nakashima, Yasuyuki Kato-Yamada, Hiroyuki Fujita, Shoji Takeuchi, and Hiroyuki Noji
Nature (2005) 433, 773-777
9. Planar lipid bilayer reconstitution with micro fluidic system
Hiroaki Suzuki, Kazuhito Tabata, Yasuyuki Kato-Yamada, Hiroyuki Noji, and Shoji Takeuchi
Lab on a Chip (2004) 4, 502-505
8. Isolated ε subunit of thermophilic F1 –ATPase binds ATP
Yasuyuki Kato-Yamada, and Masasuke Yoshida
J. Biol. Chem. (2003) 278, 36013-36016
εサブユニットにATPが結合する事を示した論文です。自分としてはこれが一番のヒットかなと思っています。なかなか結果が出なくてしんどい時期もありましたが（少し間が空いてますよね、遊んでいたわけではないですよ）、偶然にもこんな面白い現象を見つけることができて、とても良かったです。東工大から東大に移る前だったので、何とか実験を終わらせようと、（私としては）結構な勢いで実験をしていたのを思い出します。
7. The role of the βDELSEED motif of F1 -ATPase; Propagation of the inhibitory effect of the ε subunit
Kiyotaka Y. Hara, Yasuyuki Kato-Yamada, Yuji Kikuchi, Toru Hisabori, and Masasuke Yoshida
J. Biol. Chem. (2001) 276, 23969-23973
6. Movement of the helical domain of the ε subunit is required for the activation of thermophilic F1-ATPase
Yasuyuki Kato-Yamada, Masasuke Yoshida, and Toru Hisabori
J. Biol. Chem. (2000) 275, 35746-35750
εサブユニットの構造変化と活性の関係を調べた論文です。「そんなにうまくいくわけ無いだろ」と思いながら変異体（○○○変異体と呼んでました）を作ったのですが、意外とうまく行きました。大腸菌の系で似たような（ていうかモロかぶりな）変異体を使った実験を先に出されてしまったのですが、僕らは活性と構造の"変化"まで見ることができたので何とか論文にできました。
5. ε Subunit, an endogenous inhibitor of bacterial F1-ATPase, also inhibits FoF1-ATPase
Yasuyuki Kato-Yamada, Dirk Bald, Mamiko Koike, Ken Motohashi, Toru Hisabori, and Masasuke Yoshida
J. Biol. Chem. (1999) 274, 33991-33994
εサブユニットによる活性調節がATP合成酵素の部分複合体であるF1-ATPaseだけでなく、ホロ酵素でも見られることを示した論文です。これによって2つ前の論文で言っていたような事が実際に起こっていることを示すことができました。実はこの実験はもともとやろうと思っていたわけではなく、この次に論文になっている実験のコントロールにこの変異体を使ってみようというところから始めました。で、ふと思いついたのでやってみたところ、存外うまくいき、実験を計画してから1ヶ月弱くらいで論文を書き始めました。しかもrevise無しでJBCに一発で通り、構想から論文受理まで2ヶ月程度という、これまでの最短記録です。まあ、たまにはいい事があってもいいでしょう。
4. Direct observation of the rotation of ε subunit in F1-ATPase
Yasuyuki Kato-Yamada, Hiroyuki Noji, Ryohei Yasuda, Kazuhiko Kinosita Jr., and Masasuke Yoshida
J. Biol. Chem. (1998) 273, 19375-19377
εサブユニットがγサブユニットと一緒に回転することを示した論文です。野地さんに、「加藤さん(昔からの知り合いは皆、今でもこう呼びます)、イプシロン回しましょうよ。」と誘われ、「いいっすよ」で始めた実験です。しかし今ほど実験系が洗練されていなかったのと、私のサンプルがあまり良くなかったので、結構大変でした。薄暗がりでよく船を漕いでいました。私の論文の中では被引用回数はダントツで多いです。これを超えるくらい引用される論文を出したいものです。
3. Thermophilic F1-ATPase is activated without dissociation of an endogenous inhibitor, ε subunit
Yasuyuki Kato, Tadashi Matsui, Naoko Tanaka, Eiro Muneyuki, Toru Hisabori, and Masasuke Yoshida
J. Biol. Chem. (1997) 272, 24906-24912
好熱菌F1-ATPaseのεサブユニットは複合体から外れずに活性を変化させるということを示した論文です。サブユニットの脱着を伴わずに活性が変化するので、単に阻害するだけではなく、調節を行う働きがあるという可能性を示唆するものです。修士から始めて博士の2年の時に出しましたが、途中どうまとめるべきかわからず、苦しんだ覚えがあります。結局徹底的に実験をやることで、何とかまとめることができました。
2. The regulatory functions of the γ and ε subunits from chloroplast CF1 are transferred to the core complex, α3β3, from thermophilic bacterial F1
Toru Hisabori, Yasuyuki Kato, Ken Motohashi, Peter Kroth-Pancic, Heinrich Strotmann, and Toyoki Amano
Eur. J. Biochem. (1997) 247, 1158-1165
1. Analysis of time dependent change of Escherichia coli F1-ATPase activity and its relationship with apparent negative cooperativity
Yasuyuki Kato, Takeshi Sasayama, Eiro Muneyuki, and Masasuke Yoshida
Biochim. Biophy. Acta (1995) 1231, 275-281
記念すべき私のデビュー作です。大腸菌F1-ATPaseを用いて、協同性と活性の時間変化の関係を調べたものです。卒研で研究室に入り助手の宗行さんに言われるままに（ウソ）、実験をしてました。自分の実験が組版された論文になるのを見るのは、今でもうれしいです。
総説
1. ATP合成酵素の活性調節におけるεサブユニットの役割
山田 康之
生化学 (2009) 81, 943-951
日本生化学会の奨励賞を頂いたので、書かせてもらった総説です。思いっきり偏った内容のような気もしますが、まあそんな文章を書く機会もあまりないと思うので良しとします。これを読んでもらえれば、私の研究の流れがわかってもらえるのではないかと思います