クラスリン小胞輸送に関与する蛋白質群の蛋白質-蛋白質相互作用の構造学的解析

• Project/Area Number: 18770136
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Biophysics
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: 上久保 裕生 Nara Institute of Science and Technology, 物質創成科学研究科, 准教授 (20311128)
• Project Period (FY): 2006 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000); Fiscal Year 2007: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2006: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
• Keywords: クラスリン被覆小胞輸送 / X線溶液散乱 / マルチドメイン蛋白質 / ドメイン配置構造 / クラスリン被服小胞 / X線散乱測定 / 構造解析

Research Abstract

本研究では,ゴルジ体において積み荷蛋白質を認識し選別しているマルチドメイン蛋白質(GGA)に注目しその機能解明を目的として、X線溶液散乱測定法を用い、ドメイン配置構造や相互作用蛋白質結合時のドメイン配置構造変化を解析したきた。ドメイン間や、マルチドメイン-相互作用蛋白質間の相互作用は一般に弱く、解離定数は数M〜数100MM程度の値を示す。このような弱い相互作用で関連づけられた複合体の溶液構造を解析するために、新たに滴定X線溶液散乱測定法を考案してきた。その結果、GGA1蛋白質に低分子量G蛋白質が結合することによって、ドメイン配置構造に変化が生じ、各ドメインの露出表面が変化することを明らかにしてきた。この形態変化から、ドメイン配置構造変化によって、標的蛋白質との親和性が、調節されていることが示唆された。実際、このドメイン再配置によって、他のドメインの相互作用蛋白質(積み荷蛋白質受容体)に対する結合親和性に変化が見られることが、滴定X線溶液散乱によって明らかにされた。これは、ドメイン再配置を介した、標的蛋白質結合調節機構を直接推測した最初の研究結果である。
更に、GGAの他のホモログについても同様に、ドメイン配置構造を解析した結果、GGA1が溶液中で単量体として存在しているのに対し、GGA3は、GGA1単量体構造を基本構造単位とした2量体として存在していることが明らかとなった。更に、低分子量G蛋白質存在下での溶液構造を解析したところ、GGA3の2量体は解離し、GGA1・低分子量G蛋白質複合体と同様の形態を示すことが明らかとなった。これまでの報告によると、GGA1とGGA3は、非常に類似したドメインからなるにもかかわらず、輸送に対する役割が異なっていることが示唆されている。特に、GGA1は、単独でクラスリン被覆小胞輸送するのではなく、他のアダプター蛋白質と共役して初めて被覆小胞を輸送できるようになる可能性が示唆されている。現在は、会合体型性能の違いが、単独でのクラスリン被覆小胞形成能に関与しているのではないかと考え、引き続き研究を進めている。

Research Products

• [Journal Article] Attempt to Simplify the Amino-Acid Sequence of Photoactive Yellow Protein with a Set of Simple Rules (2007)
  • Author(s): K. Shirai, Y. Yamazaki, H. Kamikubo, Y. Imamoto, M. Kataoka
  • Journal Title: Proteins: Structu. Funct. Bioinformat 67 Pages: 821-833
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of the solution structure of the M intermediate of photoactive yellow protein using high-angle solution x-ray scattering (2007)
  • Author(s): H. Kamikubo, N. Shimizu, M. Harigai, Y. Yamazaki, Y. Imamoto, M. Kataoka
  • Journal Title: Biophys. J. 92 Pages: 3633-3642
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structure of Rab27b small GTPase shows an unexpected swapped dimmer (2007)
  • Author(s): L. Chavas, S. Torii, H. Kamikubo, M. Kawasaki, K. Ihara, R. Kato, M. Kataoka, T. Izumi, S. Wakatsuki
  • Journal Title: Acta Cryst. D 63 Pages: 769-779
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular Basis for Autoregulatory Interaction between GAE Domain and Hinge Region of GGA1 (2007)
  • Author(s): M. Inoue, T. Shiba, K. Ihara, Y. Yamada, S. Hirano, H. Kamikubo, M. Kataoka, M. Kawasaki, R. Kato, K. Nakayama, S. Wakatsuki
  • Journal Title: Traffic 8 Pages: 904-913
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization and Crystallization of an IscU-type Scaffold Protein with Bound [2Fe 2S] Cluster from the Hyperthermophile, Aquifex aeolicus (2007)
  • Author(s): Y. Shimomura, H. Kamikubo, Y. Nishi, T. Masaki, M. Kataoka, Y. Kobayashi, K. Fukuyama, Y. Takahashi
  • Journal Title: J Biochem. 142 Pages: 577-586
  • NAID: 10020095470
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular Basis for Autoregulatory Interaction between GAE Domain and Hinge Region of GGA1 (2007)
  • Author(s): M.Inoue, T.Shiba, K.Ihara, Y.Yamada, S.Hirano, H.Kamikubo, M.Kataoka, M.Kawasaki, R.Kato, K.Nakayama, S.Wakatsuki
  • Journal Title: Traffic (In press)
• [Journal Article] Characterization of the solution structure of the M intermediate of photoactive yellow protein using high-angle solution x-ray scattering (2007)
  • Author(s): H.Kamikubo, N.Shimizu, M.Harigai, Y.Yamazaki, Y.Imamoto, M.Kataoka
  • Journal Title: Biophys. J. (In press)
• [Journal Article] Attempt to Simplify the Amino-Acid Sequence of Photoactive Yellow Protein with a Set of Simple Rules (2007)
  • Author(s): K.Shirai, Y.Yamazaki, H.Kamikubo, Y.Imamoto, M.Kataoka
  • Journal Title: Proteins : Structu. Funct. Bioinformat. (In press)
• [Journal Article] Preparation of large crystal of photoactive yellow protein for neutron and high resolution crystal structure analysis (2007)
  • Author(s): S.Yamaguchi, H.Kamikubo, N.Shimizu, Y.Yamazaki, Y.Imamoto, M.Kataoka
  • Journal Title: Photochem. Photobiol 83 Pages: 336-338
• [Journal Article] Array of aromatic amino acid side chains located near the chromophore of photoactive yellow protein (2007)
  • Author(s): T.Morishita, M.Harigai, Y.Yamazaki, H.Kamikubo, M.Kataoka, Y.Imamoto
  • Journal Title: Photochem. Photobiol. 83 Pages: 40-49
• [Journal Article] Conformational preference of polyglycine in solution to elongated structure (2006)
  • Author(s): S.Ohnishi, H.Kamikubo, M.Onitsuka, M.Kataoka, D.Shortle
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. 128 Pages: 16338-16344
• [Journal Article] Dynamical heterogeneity of protein dynamics studied by elastic incoherent neutron scattering and molecular simulations. (2006)
  • Author(s): H.Nakagawa, A.Tokuhisa, H.Kamikubo, Y.Joti, A.Kitao, M.Kataoka
  • Journal Title: Materials Science and Engineering A442 Pages: 356-360
• [Journal Article] The Crystal Structure of the R52Q Mutant Demonstrates a Role for R52 in Chromophore pKa Regulation in Photoactive Yellow Protein. (2006)
  • Author(s): N.Shimizu, H.Kamikubo, Y.Yamazaki, Y.Imamoto, M.Kataoka
  • Journal Title: Biochemistry 45 Pages: 3542-3547
• [Journal Article] Cloning and characterization of nif structural and regulatory genes in the purple sulfur bacterium, Halorhodospira halophila. (2006)
  • Author(s): H.Tsuihiji, Y.Yamazaki, H.Kamikubo, Y.Imamoto, M.Kataoka
  • Journal Title: J. Biosci. Bioeng. 101 Pages: 263-270
  • NAID: 110004704904
• [Journal Article] pH-Dependent equilibrium between long-lived near-UV intermediates of photoactive yellow protein. (2006)
  • Author(s): N.Shimizu, Y.Imamoto, M.Harigai, H.Kamikubo, Y.Yamazaki, M.Kataoka
  • Journal Title: J. Biol. Chem. 281 Pages: 4318-4325
• [Journal Article] Mechanism of induced folding: Both folding before binding and binding before folding can be realized in staphylococcal nuclease mutants
  • Author(s): M. Onitsuka, H. Kamikubo, Y. Yamazaki, M. Kataoka
  • Journal Title: Proteins: Structu. Funct. Bioinformat (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Role of the N-Terminal Region in the Function of the Photosynthetic Bacterium Transcription Regulator PpsR
  • Author(s): Y. Yamazaki, H. Fukuzumi, H. Kamikubo, M. Kataoka.
  • Journal Title: Photochem. Photobiol (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Photoreaction of the Photoactive Yellow Protein Domain in the Light Sensor Histidine Kinase Ppr is Influenced by the C-terminal Domain
  • Author(s): H. Kamikubo, T. Koyama, M. Hayashi, K. Shirai, Y. Yamazaki, Y. Imamoto, M. Kataoka
  • Journal Title: Photochem. Photobiol (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Diverse roles of glycine residues conserved in photoactive yellow protein
  • Author(s): Y. Imamoto, S. Tatsumi, M. Harigai, Y. Yamazaki, H. Kamikubo, M. Kataoka
  • Journal Title: Biophys. J (In press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Miranda cargo-binding domain forms an elongated coiled-coil homodimer in solution: Implications for asymmetric cell division in Drosophila
  • Author(s): M. S. Yousef, H. Kamikubo, M. Kataoka, R. Kato, S. Wakatsuki
  • Journal Title: Protein Sci. (In press)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Elucidation of the folding process of the disulfide-bond introduced mutants of Staphylococcal nuclease (2008)
  • Author(s): Kato S., Kamikubo H., Kataoka M
  • Organizer: The 5th Open Workshop for "Chemistry of Biological Processes Created by Water and Biomolecules"
  • Place of Presentation: Nara(Japan)
• [Presentation] The effect of alanine insertion for folding process (2008)
  • Author(s): Sawada H., Kamikubo H., Onitsuka M., Yamazaki Y., Kataoka M
  • Organizer: The 5th Open Workshop for "Chemistry of Biological Processes Created by Water and Biomolecules
  • Place of Presentation: Nara(Japan)
• [Presentation] Extraction of the regions encoded foldability and/or functionability from dihydrofolate reductase by a systematic alanine insertion (2008)
  • Author(s): Shiba R., Kamikubo H., Umeyama M., Yamazaki Y., Iwakura M., Kataoka M
  • Organizer: The 5th Open Workshop for "Chemistry of Biological Processes Created by Water and Biomolecules
  • Place of Presentation: Nara(Japan)
• [Presentation] Direct observation of short hydrogen bond in Photoactive Yellow Protein by neutron crystallographic study (2008)
  • Author(s): Yamaguchi S., Kamikubo H., Kurihara K., Yamazaki Y., Ohnishi Y., Kuroki R., Niimura N., and Kataoka M
  • Organizer: The 5th Open Workshop for "Chemistry of Biological Processes Created by Water and Biomolecules
  • Place of Presentation: Nara(Japan)
• [Presentation] Molecular mechanism of induced folding of C-terminal truncated staphylococcal nuclease (2008)
  • Author(s): Onitsuka M., Kamikubo H., Yamazaki Y., Kataoka M
  • Organizer: The 5th Open Workshop for "Chemistry of Biological Processes Created by Water and Biomolecules
  • Place of Presentation: Nara(Japan)
• [Presentation] Wide Angle X-ray Solution Scattering Reveals The Structure Of Photoin termediate Of Photoactive Yellow Protein (2007)
  • Author(s): Kamikubo H., Sawada H., Kataoka M
  • Organizer: 9th International Conference on Biology and Synchrotron Radiation
  • Place of Presentation: England
• [Presentation] Solution structural analysis of GGA and the complexes with its binding partners using solution X-ray scattering. (2007)
  • Author(s): H. Kamikubo, K. Hirako, H. Sawada, M. Kawasaki, R. Kato, K. Nakayama, S. Wakatsuki, M. Kataoka
  • Organizer: 9th International Conference on Biology and Synchrotron Radiation
  • Place of Presentation: England
• [Presentation] Determination Of Hydrogen Positions Of Photoactive Yellow Protein. (2007)
  • Author(s): Yamaguchi S., Kamikubo H., Kurihara K., Shimizu N., Yamazaki Y., Ohnishi Y., Kuroki R., Niimura N., Kataoka M.
  • Organizer: th International Conference on Biology and Synchrotron Radiation
  • Place of Presentation: England
• [Presentation] Determination of hydrogen positions of photoactive yellow protein (2007)
  • Author(s): Yamaguchi S., Kamikubo H., Kurihara K., Shimizu N., Yamazaki Y., Ohnishi Y., Kuroki R., Niimura N., Kataoka M.
  • Organizer: 2nd International Symposium on Diffraction Structural Biology
  • Place of Presentation: Tokyo(Japan)
• [Presentation] 研究室系X線溶液散乱装置の立ち上げ (2007)
  • Author(s): 上久保裕生, 山崎洋一, 片岡幹雄
  • Organizer: 第45回生物物理学会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] C末端欠損スタフィロコッカルヌクレアーゼが示す誘導折り畳み反応の分子メカニズム (2007)
  • Author(s): 鬼塚正義, 上久保裕生, 山崎洋一, 片岡幹雄
  • Organizer: 第45回生物物理学会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] アラニン挿入変異が折れ畳み過程に及ぼす影響 (2007)
  • Author(s): 澤田宏起, 上久保裕生, 鬼塚正義, 山崎洋一, 片岡幹雄
  • Organizer: 第45回生物物理学会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] ジヒドロ葉酸還元酵素におけるフォールディングエレメントや活性部位の接続部位に含まれる情報の抽出 (2007)
  • Author(s): 政さやか, 上久保裕生, 梅山美香, 山崎洋一, 巌倉正寛, 片岡幹雄
  • Organizer: 第45回生物物理学会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] 網羅的アラニン挿入変異法によるジヒドロ葉酸還元酵素の構造形成および機能発現領域の抽出 (2007)
  • Author(s): 芝るみ, 上久保裕生, 梅山美香, 山崎洋一, 巌倉正寛, 片岡幹雄
  • Organizer: 第45回生物物理学会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] 紅色光合成細菌Rhosospirillum centenum由来PYP様ドメインの光反応サイクルの特性 (2007)
  • Author(s): 小山知則, 上久保裕生, 山崎洋一, 片岡幹雄
  • Organizer: 第45回生物物理学会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] Photoactive Yellow Proteinを用いた中性子結晶構造解析 (2007)
  • Author(s): 山口繁生, 上久保裕生, 栗原和男, 山崎洋一, 大西裕季, 黒木良太, 新村信雄, 片岡幹雄
  • Organizer: 第45回生物物理学会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] Rhodobacter capsulatus PYPの分光学的特性の解析 (2007)
  • Author(s): 山崎洋一, 上久保裕生, 今元泰, 片岡幹雄
  • Organizer: 第45回生物物理学会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] Rhodobacter capsulatus由来PYPの光反応におけるpH依存性 (2007)
  • Author(s): 浴口真幸, 山崎洋一, 上久保裕生, 片岡幹雄
  • Organizer: 第45回生物物理学会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] Ala/ValスキャニングによるPhotoactive Yellow Proteinの構造・機能に対する重要なアミノ酸残基のマッピング (2007)
  • Author(s): 永田大介, 山崎洋一, 上久保裕生, 今元泰, 片岡幹雄
  • Organizer: 第45回生物物理学会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] 光合成細菌Rhodobacter capsulatus由来PYPの分光学的特性 (2007)
  • Author(s): 山崎洋一, 上久保裕生, 今元泰, 片岡幹雄
  • Organizer: 第14回日本光生物学協会年会
  • Place of Presentation: 生駒