プリオン蛋白質とそれを捕捉するRNAアプタマーの複合体の構造及び相互作用研究

• Project/Area Number: 11J02435
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Structural biochemistry
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 真嶋 司 京都大学, エネルギー理工学研究所, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2011 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,300,000); Fiscal Year 2012: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2011: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
• Keywords: NMR / アプタマー / プリオン病 / 立体構造 / アルツハイマー病

Research Abstract

r(GGAGGAGGAGGA)という配列からなるRNAアブタマーのR12はプリオン蛋白質を高い親和性で捕捉する。本研究ではR12がプリオン蛋白質を認識するメカニズムを高分解能で明らかにし、アプタマーによるプリオン病の治療薬の創製を目指した。申請者はR12の立体構造をNMR法によって決定し、またR12がプリオン蛋白質のN末端ドメインに存在する2つの塩基性クラスターを認識することも明らかにしている。この2つの塩基性クラスターのうち、1つに対応するペプチドとR12の複合体の立体構造を原子レベルの分解能で明らかにした。もう1方に対応するペプチドについても、ケミカルシフトパータベーション法と、R12とペプチドの分子間NOEのパターンにより相互作用様式を同定した。本年度では、プリオン蛋白質のN末端ドメインとR12について相互作用様式を調べたところ、R12の各単量体と各塩基性クラスターと2ヶ所同時の相互作用により、高い親和性を得ていることを明らかにした。
R12は正常型と異常型のどちらの状態におけるプリオン蛋白質にも結合するが、正常型には解離定数にして1桁以上強く結合する。よってR12が正常型へ結合して、これにより異常型への構造変換を妨げ、プリオン病の発症を抑えられる可能性がある。これを調べるためにヒトのプリオン病の1つであるGSS病を感染させたマウスの視床下部由来の細胞を用いて、R12の抗プリオン活性を検証した。R12を添加して培養した場合、緩衝液のみを加えた場合と比べて異常型プリオン蛋白質量が65%まで減少した。さらにR12とRNase阻害剤を加えて培養した場合では、異常型プリオン蛋白質量が半分まで減少した。本研究により、R12の抗プリオン活性が見出され、この活性の構造学的基盤も明らかにされた。

Research Products

• [Journal Article] Anti-prion activity of an RNA aptamer and its structural basis (2013)
  • Author(s): Mashima, T., Nishikawa, F., Kamatari Y. O., Fujiwara, H., Saimura, M., Nagata, T., Kodaki, T., Nishikawa, S., Kuwata, K., Katahira, M.
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 41 Issue: 2 Pages: 1355-1362
  • DOI: 10.1093/nar/gks1132
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Conformational analysis of an extracellular polysaccharide produced by Sphaerotilus natans (2012)
  • Author(s): Kondo, K., Takeda, M., Mashima, T., Katahira, M., Koizumi, J., Ueda, K.
  • Journal Title: Carbohydrate Research Volume: 360 Pages: 102-108
  • DOI: 10.1016/j.carres.2012.07.023
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Intelligent ribozyme that switches its activity in response to K^+ through quadruplex formation (2012)
  • Author(s): Nagata, T., Sakurai, Y., Hara, Y., Mashima, T., Kodaki, T., Katahira, M.
  • Journal Title: FEBS Journal Volume: (印刷中) Issue: 8 Pages: 1456-1463
  • DOI: 10.1111/j.1742-4658.2012.08538.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Presence of alternating glucosaminoglucan in the sheath of Thiothrix nivea (2012)
  • Author(s): Takeda, M., Kondo, K., Ymamada, M., Sumikawa, M., Koizumi, J., Mashima, T., Katahira, M.
  • Journal Title: International journal of biological macromolecules Volume: 50 Issue: 1 Pages: 236-244
  • DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2011.10.024
  • Peer Reviewed
• [Presentation] カリウムイオン濃度依存的四重鎖形成によって自律的に活性をスイッチングする新規リボザイムの開発 (2012)
  • Author(s): 山置佑大、真嶋司、櫻井佑、原ゆかり、永田崇、片平正人
  • Organizer: 第35回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場(福岡県)
  • Year and Date: 2012-12-11
• [Presentation] Structural analysis of RNA aptamer in complex with prion protein, and its anti-prion activity (2012)
  • Author(s): Mashima, T., Nishikawa, F., Kamatari, Y. O., Fujiwara, H., Nagata, T., Kodaki, T., Nishikawa, S., Kuwata, K., Katahira, M.
  • Organizer: The 39th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2012-11-15
• [Presentation] Development of intelligent ribozyme whose activity switches on in response to K+ via quadruplex formation (2012)
  • Author(s): Yamaoki, Y., Mashima, T., Sakurai, Y., Hara, Y., Nagata, T., Katahira, M.
  • Organizer: The 39th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2012-11-15
• [Presentation] カリウムイオン依存的な四重鎖構造形成によって活性がオンになるインテリジェントリボザイムの創製 (2012)
  • Author(s): 山置佑大、真嶋司、櫻井佑、原ゆかり、永田崇、片平正人
  • Organizer: 第50回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2012-09-22
• [Presentation] Anti-prion activity and its structural basis of RNA aptamer, and sliding-direction-dependent deaminase activity of anti-HIV enzyme (2012)
  • Author(s): Mashima, T., Frukawa, A., Sugase, H., Nishikawa, F., Morishita, R., Ryo, A., Kamatari, Y. O., Nagata, T., Nishikawa, S., Kuwata, K., Katahira, M.
  • Organizer: International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems
  • Place of Presentation: リヨン(フランス)
  • Year and Date: 2012-08-19
• [Presentation] Anti-prion activity of RNA aptamer and the structural basis of its high affinity to prion protein (2012)
  • Author(s): Mashima, T., Nishikawa, F., Kamatari, Y. O., Fujiwara, H., Nagata, T., Kodaki, T., Nishikawa, S., Kuwata, K., Katahira, M.
  • Organizer: Asian Pacific Prion Symposium 2012
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県)
  • Year and Date: 2012-07-29
• [Presentation] RNAアプタマーの抗プリオン活性とその構造的基盤 (2012)
  • Author(s): 真嶋司、西川富美子、鎌足雄司、藤原弘道、永田崇、小瀧努、西川諭、桑田一夫、片平正人
  • Organizer: 第14回日本RNA学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2012-07-18
• [Presentation] カリウムイオン濃度を感知して活性がオンになるインテリジェントリボザイムの創製 (2012)
  • Author(s): 山置佑大、真嶋司、櫻井佑、原ゆかり、永田崇、片平正人
  • Organizer: 第14回日本RNA学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2012-07-18
• [Presentation] RNAアプタマーによるプリオンタンパク質の認識 (2012)
  • Author(s): 真嶋司、西川富美子、鎌足雄司、藤原弘道、西川諭、桑田一夫、片平正人
  • Organizer: 第12回日本蛋白質科学学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(愛知県)
  • Year and Date: 2012-06-20
• [Presentation] Recognition of Priori Protein by the RNA Aptamer (2012)
  • Author(s): Mashima, T., Fujiwara, H., Nishikawa, F., Saimura, M., Kamatari, Y.O., Kuwata, K., Imamura, M., Yokoyama, T., Nishikawa, S., Katahira, M.
  • Organizer: 9^<th> Japan-Korea Bilateral Symposium on Biological NMR
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] プリオンタンパク質のN末ドメインとRNAアプタマーの相互作用の解析 (2011)
  • Author(s): 藤原弘道、真嶋司、西川富美子、才村正幸、遠藤美紗、今村守一、横山隆、西川諭、片平正人
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-12-15
• [Presentation] Structural Basis of the High Affinity of the RNA Aptamer against Prion Protein (2011)
  • Author(s): Mashima, T., Fujiwara, H., Koshida, T., Saimura, M., Imamura, M., Yokoyama, T., Nishikawa, F., Nishikawa, S., Katahira, M.
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学
  • Year and Date: 2011-09-18
• [Presentation] Mechanism of trapping of priori protein with RNA aptamer (2011)
  • Author(s): Mashima, T., Fujiwara, H., Nishikawa, F., Saimura, M., Endo, M., Imamura, M., Yokoyama, T., Nishikawa, S., Katahira, M.
  • Organizer: The 16^<th> annual meeting, of the RNA society and the ^<13>th annual meeting of the RNA society of Japan
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館(京都府)
  • Year and Date: 2011-06-16