超分子質量分析による蛋白質複合体の離合集散過程の解明

• Project Area: Dynamical ordering of biomolecular systems for creation of integrated functions
• Project/Area Number: 16H00770
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 内山 進 大阪大学, 工学研究科, 教授 (90335381)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2017: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2016: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: 質量分析 / 複合体 / 超遠心分析 / アセンブリー / 化学量論 / 生体分子 / 蛋白質 / 計測工学 / バイオテクノロジー / タンパク質 / プロテアソーム / 動的秩序 / 分析科学 / 医療・福祉

Outline of Annual Research Achievements

最終年度である本年度は、プロテアソームのアルファリングの異なるサブユニットがどのような化学量論でアセンブリーしてヘテロ７量体を構築するか調べるため、アルファ１～アルファ７を別々に準備しネイティブ質量分析と超遠心分析による解析を行った。その結果、アルファ１～アルファ６は全てモノマーで存在することが判明した。次に、ダブルリングからなるアルファ７ホモ１４量体にそれぞれのサブユニットを添加し、複合体形成を観測した。アルファリング中でアルファ７の両隣に位置するアルファ１とアルファ６の場合、アルファ１は相互作用が確認されず、一方、アルファ６はダブルリングを解離させアルファ７アルファ６ヘテロオクタマーを形成した。さらに、このヘテロオクタマーにアルファ５を添加したところ、結合しヘテロ９量体の存在を確認できた。また、アルファ７のシングルリング変異体を準備し、アルファ６とアルファ５を添加して質量分析を行ったところ、ダブルリングを起点とした場合と同様にヘテロ９量体を形成した。以上、全てのサブユニットがそろった完全ヘテロ７量体ではないものの、アルファリングが組み上がっていく過程の観測に成功した。
さらに、超分子複合体ナノキューブやモーター蛋白質など他の班員が研究を進める複数の系について、主にネイティブ質量分析を駆使した共同研究を遂行し、それぞれについてダイナミックなアセンブリー過程を化学量論の観点から明らかとした。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Hyperthermostable cube-shaped assembly in water (2018)
  • Author(s): Zhan Yi-Yang、Ogata Kazuho、Kojima Tatsuo、Koide Takuya、Ishii Kentaro、Mashiko Takako、Tachikawa Masanori、Uchiyama Susumu、Hiraoka Shuichi
  • Journal Title: Communications Chemistry Volume: 1 Issue: 1 Pages: 14-14
  • DOI: 10.1038/s42004-018-0014-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] RecA requires two molecules of Mg2+ ions for its optimal strand exchange activity in vitro (2018)
  • Author(s): Kim Raeyeong、Kanamaru Shuji、Mikawa Tsutomu、Prevost Chantal、Ishii Kentaro、Ito Kentaro、Uchiyama Susumu、Oda Masayuki、Iwasaki Hiroshi、Kim Seog K、Takahashi Masayuki
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 46 Issue: 5 Pages: 2548-2559
  • DOI: 10.1093/nar/gky048
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Sweeping of Adsorbed Therapeutic Protein on Prefillable Syringes Promotes Micron Aggregate Generation (2018)
  • Author(s): Maruno Takahiro、Watanabe Hiroki、Yoneda Saki、Uchihashi Takayuki、Adachi Satoru、Arai Kunihito、Sawaguchi Taichi、Uchiyama Susumu
  • Journal Title: Journal of Pharmaceutical Sciences Volume: 印刷中 Issue: 6 Pages: 1521-1529
  • DOI: 10.1016/j.xphs.2018.01.021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Native mass spectrometry for understanding dynamic protein complex (2018)
  • Author(s): Ishii Kentaro、Zhou Min、Uchiyama Susumu
  • Journal Title: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects Volume: 1862 Issue: 2 Pages: 275-286
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2017.09.019
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Comprehensive Study of the Interaction between Peptidoglycan Fragments and the Extracellular Domain of Mycobacterium tuberculosis Ser/Thr Kinase PknB. (2017)
  • Author(s): Wang, Q.; Marchetti, R.; Prisic, S.; Ishii, K.; Arai, Y.; Ohta, I.; Inuki, S.; Uchiyama, S.; Silipo, A.; Molinaro, A.; Husson, R.N.; Fukase, K.; Fujimoto, Y.
  • Journal Title: ChemBioChem Volume: 18 Issue: 21 Pages: 2094-2098
  • DOI: 10.1002/cbic.201700385
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] タンパク質のネイティブ質量分析―動的なタンパク質複合体形成機構の解明にむけて― (2017)
  • Author(s): 石井健太郎、*内山 進
  • Journal Title: ぶんせき Volume: 10 Pages: 472-475
• [Journal Article] Analytical ultracentrifugation with fluorescence detection 1 system reveals differences in complex formation between recombinant human TNFα and different biological TNFα antagonists in various environments. (2017)
  • Author(s): Krayukhina, E., Noda, M., Ishii, K., Maruno, T., Wakabayashi, H., Tada, M., Suzuki, T., Ishii-Watabe, A., Kato, M., Uchiyama, S.
  • Journal Title: mabs Volume: 9 Issue: 4 Pages: 664-679
  • DOI: 10.1080/19420862.2017.1297909
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structural characterization of the circadian clock protein complex composed of KaiB and KaiC by inverse contrast matching small-angle neutron scattering (2016)
  • Author(s): M. Sugiyama, H. Yagi, K. Ishii, L. Porcar, A. Martel, K. Oyama, M. Noda, Y. Yunoki, R. Murakami, R. Inoue, N. Sato, Y. Oba, K. Terauchi, S. Uchiyama, K. Kato
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 6 Issue: 1 Pages: 35567-35567
  • DOI: 10.1038/srep35567
  • NAID: 120006223630
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Crystal structure of ER glucosidase II heterodimeric complex consisting of catalytic subunit and its binding domain of regulatory subunit. (2016)
  • Author(s): Satoh, T., Toshimori, T., Noda, M., Uchiyama, S., and Kato, K.
  • Journal Title: Protein Sci. Volume: 25 Issue: 11 Pages: 2095-2101
  • DOI: 10.1002/pro.3031
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] New insight into the dynamical system of αB-crystallin oligomers (2016)
  • Author(s): R. Inoue, T. Takata, N. Fujii, K. Ishii, S. Uchiyama, N. Sato, Y. Oba, K. Wood, K. Kato, N. Fujii, and M. Sugiyama
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 6 Issue: 1 Pages: 29208-29208
  • DOI: 10.1038/srep29208
  • NAID: 120006323745
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Assembly of proteasome complex analyzed by native mass spectrometry (2018)
  • Author(s): Susumu Uchiyama, Kentaro Ishii, Masanori Noda, Hirokazu Yagi, Tadashi Satoh, Koichi Kato
  • Organizer: 動的秩序第6回国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Assembly of proteasome complex analyzed by MS and AUC (2017)
  • Author(s): Susumu Uchiyama, Masanori Noda, Kentaro Ishii, Hirokazu Yagi, Tadashi Satoh, Koichi Kato
  • Organizer: 動的秩序と構造「第５回国際シンポジウム」
  • Place of Presentation: 東京大学駒場
  • Year and Date: 2017-01-21
• [Presentation] 超分子質量分析による蛋白質複合体の形成過程の解明 (2017)
  • Author(s): 石井 健太郎、杉山 正明、加藤 晃一、内山 進
  • Organizer: 第17回蛋白質科学会年会