| Project/Area Number |
21K15238
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 47020:Pharmaceutical analytical chemistry and physicochemistry-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
Tahara Shinya 東北大学, 薬学研究科, 助教 (00783060)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | 液-液相分離 / 自家蛍光 / 蛍光異方性 / 神経変性疾患 / ポリQ病 / 凝集 / タンパク質凝集 / 無標識観測 / タンパク質変性 / 溶媒環境 / 蛍光寿命イメージング |
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| Outline of Research at the Start |
液-液相分離は細胞内に高濃度タンパク質液滴を生じる現象である。液滴の形成は疾患の原因となったり、代謝反応の制御に関与する。本研究では液滴中のタンパク質の周辺環境やコンフォメーションをラベルフリーで調べることができる紫外励起蛍光寿命・異方性イメージング装置を構築する。この装置を用いて代表的な液滴形成タンパク質の液滴内におけるコンフォメーションを調べる。さらにこれらタンパク質が他のタンパク質や核酸と相互作用したときのコンフォメーション変化を明らかにする。得られた結果からタンパク質の液滴形成によってどのような細胞内現象が引き起こされるのか明らかにし、疾患の発症や代謝制御との関連性を議論する。
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| Outline of Final Research Achievements |
Liquid-liquid phase separation promotes the aggregation of neurodegeneration-related proteins. In this study, we investigated changes in the protein structure and the droplet properties in the course of the aggregation of ataxin-3 and FUS LC after the phase separation. These proteins are the causative proteins of Machado-Joseph disease and amyotrophic lateral sclerosis. Ataxin-3 possesses three tryptophan residues. Their fluorescence lifetimes changed on distinct timescales with the incubation, indicating that ataxin-3 undergoes multistep structural changes in the droplets in the course of the aggregation. The fluorescence anisotropy decay of FUS LC in the droplets became slower with the incubation. This result indicates that the anisotropy measurements enable quantitative analyses of the phase transition of the protein droplets such as the gelation and the aggregation based on the viscosity changes.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
自家蛍光・異方性顕微鏡を開発し、液-液相分離により生成した液滴内のタンパク質の構造や状態を観測することに成功した。従来法と異なり、本手法はラベルフリーかつ液滴のままの状態でタンパク質凝集や液滴の物性変化を定量的に評価できる。
Ataxin-3は通常の溶液中で線維化するが、液滴内では異なる構造の凝集体が形成された。このことはataxin-3の毒性がLLPSによって変化する可能性を示唆しており、マシャドジョセフ病の治療法開発に極めて重要な知見となる。また液滴内の粘度に基づき、ゲル化や凝集を観測することにも成功した。このことは疾患の進行を定量的に判断する指標にもなると考えられる。
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