固体NMRによる精密構造構築手法の開発とアミロイド線維化機構解明への応用

• Project/Area Number: 04J04351
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Structural biochemistry
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology (2005-2006); Tokyo Institute of Technology (2004)
• Principal Investigator: 中澤 靖元 東京農工大学, 大学院共生科学技術研究院, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2004 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000); Fiscal Year 2006: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2005: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2004: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: アルツハイマー病 / β-アミロイド / GM1ガングリオシド / 配向系固体NMR / 絹フィブロイン / 凝集ペプチド / DOQSY法 / Alzheimer病 / β-amyloid / 重水素NMR

Research Abstract

アルツハイマー病発症機構を考える上で、β-アミロイドペプチド(Aβ)の神経細胞への沈着、凝集のメカニズム解明は重要な研究課題の一つである。本研究では、擬似的に配向脂質二重層膜を作成し、40残基のAβペプチドを添加することで、ペプチド濃度依存的なリン脂質膜の配向挙動を^<31>P角度依存NMR法によってモニタリングした。
本年度、これら一連の角度依存NMRデータを詳細に解析したところ、Aβ存在下により、配向脂質二重層はヘキサゴナル相と呼ばれる形態を形成し、膜破壊に至っていることを示唆する証拠を得た。さらに、本年度、Aβペプチドの局所的な構造晴報を得るため、安定同位体ラベルを施したAβペプチドを合成、水和した脂質膜と混合し、固体NMR法による測定・解析を行った。構造解析にあたり、通常の固体NMR測定法である^<13>C CP/MAS NMRならびに高い運動領域がより強調される^<13>C DD/MAS NMRを併用することで、脂質膜中におけるAβペプチドの局所構造と運動性を詳細に検討した。この結果、ペプチド中に存在するVal^<18>およびAla^<21>は、脂質膜存在下において大部分がβ-シート構造を形成する事で凝集しているが、一部、α-ヘリックス構造を形成し、膜貫通していることが示唆された。
以上、本年度得られた結果に関しては、関連学会において、口頭、ボスター発表を行うとともに、現在投稿中の論文によって報告し、概ね計画通り、本研究計画を終了する。
さらに、繊維物質の固体NMRによる精密構造構築手法の開発の一環として、昨年度から引き続き、シルクをモデル系とした構造解析も平行して行い、4件の学会発表(うち口頭発表2件)、また、国内外の関連誌に2報発表した。

Research Products

• [Journal Article] Structural Analysis of Alanine Tripeptide with Antiparallel and Parallel β-sheet Structures in Relation to the Analysis of Mixed β-sheet Structures in Samia cynthia ricini Silk Protein Fiber Using Solid-state NMR Spectroscopy. (2006)
  • Author(s): Asakura, T., Okonogi, M., Nakazawa, Y., Yamauchi, K.
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. 18 Pages: 6231-6238
• [Journal Article] カイコならびにクモの絹フィブロインの固体NMR精密構造解析と新しい絹様材料の創製 (2006)
  • Author(s): 朝倉哲郎, 中澤靖元
  • Journal Title: 高分子論文集 63 Pages: 707-719
• [Journal Article] Conformational Study of Silk-Like Peptides Containing the Calcium-Binding Sequence from Calbindin D9k Using ^<13>C CP/MAS NMR Spectroscopy. (2006)
  • Author(s): Asakura, T., Hamada, M., Nakazawa, Y., Ha, S.-W., Knight, D.P.
  • Journal Title: Biomacromolecules 7(In press)
• [Journal Article] Structure of Model Peptides Based on Nephila clavipes Dragline Silk Spidroin (MaSp1) Studied by ^<13>C Cross Polarization/Magic Angle Spinning NMR. (2005)
  • Author(s): Yang, M., Nakazawa, Y., Yamauchi, K., Knight, D., Asakura, T.
  • Journal Title: Biomacromolecules 6 Pages: 3220-3226
• [Journal Article] ^<13>C Solid-State NMR Study of Structural Heterogeneity in Peptides Containing Both Polyalanine and Repeated GGA Sequences as a Local Structural Model of Nephila clavipes Dragline Silk (Spidroin 1). (2005)
  • Author(s): Asakura, T., Yang, M., Kawase, T., Nakazawa, Y.
  • Journal Title: Macromolecules 38 Pages: 3356-3363
• [Journal Article] Evidence from ^<13>C solid-state NMR spectroscopy for a lamella structure in an alanine-glycine copolypeptide : a model for the crystalline domain of Bombyx mori silk fiber. (2005)
  • Author(s): Asakura, T., Nakazawa, Y., Ohnishi, E., Moro, F.
  • Journal Title: Protein Sci. 14 Pages: 2654-2657
• [Journal Article] Structure and Structural Changes of the Silk Fibroin from Samia Cynthia ricini Using Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy. (2004)
  • Author(s): Tetsuo Asakura, Yasumoto Nakazawa
  • Journal Title: Macromolecular Bioscience 4 Pages: 175-185
• [Journal Article] Orientation of Antimicrobial Peptide, Cecropin A-Magainin 2 Hybrid, in Lipid Bilayer studied by ^<31>P and ^<15>N Solid-State NMR
  • Author(s): Ken Kawaguchi, Kouei Suita, Yu Suzuki, Kimiko Umemoto, Yasumoto Nakazawa, Tetsuo Asakura
  • Journal Title: Polymer Journal (In press)
• [Book] Modern Magnetic Resonance, Vol.1. Application in Chemistry 「Structural Analysis of Silk Fibroins using NMR」(分担) (2006)
  • Author(s): Asakura, T., Nakazawa, Y.
  • Total Pages: 6
  • Publisher: Springer