タンパク質の誕生と折りたたみの1分子解析

• Project/Area Number: 20059009
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 船津 高志 The University of Tokyo, 大学院・薬学系研究科, 教授 (00190124)
• Project Period (FY): 2008 – 2009
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2009)
• Budget Amount: ¥6,400,000 (Direct Cost: ¥6,400,000); Fiscal Year 2009: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2008: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
• Keywords: 1分子計測 / 生物物理 / ナノバイオ / リボソーム / シャペロニン

Research Abstract

大腸菌のシャペロニンGroELは2つの樽型リングが底同士を向かい合わせにした構造をしており、ATP依存的に補因子のGroESと結合解離を繰り返すことで変性タンパク質の折れたたみを介助する。GroELは2つのリングを交互に利用しながら反応サイクルを進行させており、GroELの両側のリングにGroESが2個同時に結合した状態(football型複合体)は存在しないと考えられていた。しかし、我々が蛍光共鳴エネルギー移動(FRET)を指標としてGroEL-GroES間の結合量を測定したところ、変性タンパク質が十分量存在し定常的に反応が進行する条件下において、football型複合体が形成されることを昨年度、明らかにした。今年度、我々は変性タンパク質非存在下においてGroEL-GroES間相互作用をFRETにより測定した。その結果、ATP存在下(反応サイクル時)におけるFRETシグナルは、GroELとGroESが1:1で結合した複合体(bullet型複合体)を形成する条件であるADP、フッ化ベリリウム(BeFx)共存時に近い値を示した。すなわち、変性タンパク質が存在しないとfootball型複合体の形成率が著しく低下することが分かった。次に、我々は変性タンパク質の濃度を変化させてGroEL-GroES間のFRET効率の変化を調べた。その結果、変性タンパク質の種類によらず、変性タンパク質濃度依存的にFRET効率が増加することが確認された。さらに、このFRET効率の変化は変性タンパク質によるGroELのATPase活性の活性化と良好な相関関係を示すことが分かった。以上の結果から、定常状態の反応サイクルにおいては、変性タンパク質がGroELに相互作用することによりfootball型複合体の形成を促進されることが示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Single-molecule imaging of β-actin mRNAs in the cytoplasm of a living cell (2009)
  • Author(s): Mai Yamagishi, Takashi Funatsu, et al.
  • Journal Title: Experimental Cell Research 315 Pages: 1142-1147
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] On-chip mirofluidic sorting with fluorescence spectrum detection and multiway separation (2009)
  • Author(s): Hirokazu Sugino, Takashi Funatsu, et al.
  • Journal Title: Lab on a Chip 9 Pages: 1254-1260
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Infrared laser-mediated gene induction in targeted single cells in vivo (2009)
  • Author(s): Yasuhiro Kamei, Takashi Funatsu et.al.
  • Journal Title: Nature Methods 6 Pages: 79-81
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hydrophilic fluorescent nanogel thermometer for intracellular thermometry (2009)
  • Author(s): Chie Gota, Takashi Funatsu et.al.
  • Journal Title: Journal of American Chemical Society 131 Pages: 2766-2767
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Real-Time Imaging of Single-Molecule Fluorescence with a Zero-Mode Waveguide for the Analysis of Protein-Protein Interaction (2008)
  • Author(s): Takeo Miyake, Takashi Funatsu et.al.
  • Journal Title: Analytical Chemistry 80 Pages: 6018-6022
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Football-and bullet-shaped GroEL-GroES complexes coexist during the reaction cycle (2008)
  • Author(s): Tomoya Sameshima, Takashi Funatsu et.al.
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry 283 Pages: 23765-23773
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Effect of the C-terminal truncation on the functional cycle of chaperon in GroEL : Implication that the C-terminal region facilitates the transition from the folding-arrested to the folding-competent state (2008)
  • Author(s): Mihoko Suzuki, Takashi Funatsu et.al.
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry 283 Pages: 23931-23939
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Kinetic analysis of conformational changes of GroEL based on the fluorescence of tyrosine 506 (2008)
  • Author(s): Kazuhiko Hosono, Takashi Funatsu et.al.
  • Journal Title: The Protein Journal 27 Pages: 461-468
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 生体分子機能の1分子蛍光イメージング (2009)
  • Author(s): 船津高志
  • Organizer: 第22回九州分析化学若手の会春の講演会
  • Place of Presentation: 九州大学馬出キャンパス、福岡市、福岡県
  • Year and Date: 2009-05-23
• [Presentation] 生体分子機能の1分子イメージング (2009)
  • Author(s): 船津高志
  • Organizer: 日本ケミカルバイオロジー学会第4回年会
  • Place of Presentation: 神戸市産業振興センター、神戸市、兵庫県
• [Presentation] モノリス型シリカカラムを用いたラット血中メチルアルギニン類の分析法の開発 (2009)
  • Author(s): 角田誠、船津高志, ら
  • Organizer: 第16回クロマトグラフィーシンポジウム
  • Place of Presentation: 長崎大学中部講堂、長崎市、長崎県
• [Presentation] ラット脳内ニトロカテコールアミン分析法の開発 (2009)
  • Author(s): 角田誠、船津高志, ら
  • Organizer: 第22回バイオメディカル分析科学シンポジウム
  • Place of Presentation: 内藤記念くすり博物館、各務原市、岐阜県
• [Presentation] マイクロバルブ流体システムを用いた生体分子一分子イメージング技術の開発 (2008)
  • Author(s): 荒川貴博、船津高志ら
  • Organizer: 第17回化学とマイクロ・ナノシステム研究会
  • Place of Presentation: 九州大学馬出キャンパス、福岡市、福岡県
• [Presentation] 古細菌型シャペロニンの1分子構造変化計測 (2008)
  • Author(s): 飯塚怜、船津高志ら
  • Organizer: 第8回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: タワーホール船橋、江戸川区、東京都
• [Presentation] ナノ導波路を用いたリアルタイム1分子蛍光イメージング法の開発 (2008)
  • Author(s): 三宅丈雄、船津高志ら
  • Organizer: 第69回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 中部大学、春日井市、愛知県
• [Presentation] 膜タンパク質問相互作用の1分子蛍光イメージングのためのナノ加工スライドガラスの作製 (2008)
  • Author(s): 青木睦子、船津高志ら
  • Organizer: 第69回応用物理学会学術講演会
  • Place of Presentation: 中部大学、春日井市、愛知県
• [Presentation] 生体分子の機能を1分子蛍光イメージングで解き明かす (2008)
  • Author(s): 船津高志
  • Organizer: 日本化学会第2回関東支部大会
  • Place of Presentation: 群馬大学桐生キャンパス、桐生布、群馬県
• [Presentation] 1分子蛍光偏光法による古細菌シャペロニンの構造変化解析 (2008)
  • Author(s): 飯塚怜、船津高志ら
  • Organizer: 第46回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場、福岡市、福岡県
• [Presentation] ナノ開口基板上でのタンパク質翻訳中における高濃度tRNAの1分子ダイナミクス (2008)
  • Author(s): 上村想太郎、船津高志ら
  • Organizer: 第46回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場、福岡市、福岡県
• [Presentation] ナノ・マイクロデバイスによる生体分子の分離・回収と1分子機能解析 (2008)
  • Author(s): 船津高志ら
  • Organizer: 第31回日本分子生物学会年会第81回日本生化学会大会合同大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド、神戸市、兵庫県