アミロイド核の出現に先立つタンパク質初期集合および秩序化プロセスの解明

• Project Area: Dynamical ordering of biomolecular systems for creation of integrated functions
• Project/Area Number: 16H00772
• 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: Kobe University
• Principal Investigator: 茶谷 絵理 神戸大学, 理学研究科, 准教授 (00432493)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2017: ¥2,730,000 (Direct Cost: ¥2,100,000、Indirect Cost: ¥630,000); Fiscal Year 2016: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: 蛋白質 / ミスフォールディング / アミロイド / 核形成 / 生物物理

Outline of Annual Research Achievements

アミロイド線維の核形成反応は、アミロイドーシスや神経変性疾患などアミロイド線維の沈着を伴う一連の疾病群の発症に深く関与すると考えられている。この反応は多くの場合線維形成反応全体の律速となっているが、一旦核が形成するとアミロイド線維は自己触媒的に成長、増殖し発病に至る。そこで本研究では、アミロイド線維形成反応の核形成段階のなかで、伝播性をもつ核が形成する際にどのようなタンパク質分子の会合が進行し秩序構造を形成するのかについてのメカニズムを明らかにすることを目的としている。
H28年度は、インスリン配列由来のアミロイド性ペプチド断片について、線維前駆中間体が明確に蓄積するアミロイド線維形成経路を明らかにした。そこでH29年度は本経路についてCDとDLSを用いた時分割的な構造変化の観察を実施し、線維前駆中間体が構造発達するプロセスの解明を試みた。その結果、線維前駆中間体は2種類存在すること、さらに超音波パルスを活用することで2番目に生成する中間体のみが核を生成できる構造であることを見つけた。さらに上述の線維前駆中間体の持つ特性を明らかにするため、領域内での共同研究により固体NMRや小角X線散乱を用いた詳細な構造解析を開始した。また、連携研究者である山本直樹博士の協力によりテラヘルツ分光法を用いた水和水の解析を試み、モノマー体、線維前駆中間体、アミロイド線維の解析を実施した。その結果、わずかであるが各構造状態により水和構造が異なるという結果が得られ、アミロイド線維形成に伴い水和状態が変化する可能性が示唆された。

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

• [Int'l Joint Research] 台湾国立交通大学(台湾)
• [Journal Article] A specific form of prefibrillar aggregates that functions as a precursor of amyloid nucleation (2018)
  • Author(s): Naoki Yamamoto, Shoko Tsuhara, Atsuo Tamura, Eri Chatani
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 8 Issue: 1 Pages: 62-62
  • DOI: 10.1038/s41598-017-18390-y
  • NAID: 120006394632
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Effect of temperature and hydration level on purple membrane dynamics studied using broadband dielectric spectroscopy from sub-GHz to THz regions (2018)
  • Author(s): Naoki Yamamoto, Shota Ito, Masahiro Nakanishi, Eri Chatani, Keiichi Inoue, Hideki Kandori, Keisuke Tominaga
  • Journal Title: J. Phys. Chem. B Volume: 122 Issue: 4 Pages: 1367-1377
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.7b10077
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Recent progress on understanding the mechanisms of amyloid nucleation (2018)
  • Author(s): Eri Chatani, Naoki Yamamoto
  • Journal Title: Biophys. Rev. Volume: 10 Issue: 2 Pages: 527-534
  • DOI: 10.1007/s12551-017-0353-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Heparin-dependent aggregation of hen egg white lysozyme reveals two distinct mechanisms of amyloid fibrillation (2017)
  • Author(s): Nitani Ayame、Muta Hiroya、Adachi Masayuki、So Masatomo、Sasahara Kenji、Sakurai Kazumasa、Chatani Eri、Naoe Kazumitsu、Ogi Hirotsugu、Hall Damien、Goto Yuji
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 292 Issue: 52 Pages: 21219-21230
  • DOI: 10.1074/jbc.m117.813097
  • NAID: 120006557632
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Femtosecond-Laser-Enhanced Amyloid Fibril Formation of Insulin (2017)
  • Author(s): Tsung-Han Liu, Ken-ichi Yuyama, Takato Hiramatsu, Naoki Yamamoto, Eri Chatani, Hiroshi Miyasaka, Teruki Sugiyama, Hiroshi Masuhara
  • Journal Title: Langmuir Volume: 33 Issue: 33 Pages: 8311-8318
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.7b01822
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Exploring the mechanisms of protein self-assembly underlying amyloid nuclei formation (2018)
  • Author(s): Eri Chatani, Naoki Yamamoto
  • Organizer: 新学術領域「動的秩序と機能」第6回国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Characterization and stabilization of prefibrillar aggregate of insulin B chain for inhibition of amyloid fibril formation (2018)
  • Author(s): Naoki Yamamoto, Taiki Akai, Shoko Tsuhara, Atsuo Tamura, Rintaro Inoue, Masaaki Sugiyama, Eri Chatani
  • Organizer: 新学術領域「動的秩序と機能」第6回国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Broadband dielectric spectroscopy on proteins and lipid bilayers from sub-GHz to THz (2018)
  • Author(s): Naoki Yamamoto, Yu Kadomura, Shota Ito, Masahiro Nakanishi, Eri Chatani, Kei-ichi Inoue, Hideki Kandori, Keisuke Tominaga
  • Organizer: 13th DAE-BRNS Biennial Trombay Symposium onRadiation & Photochemistry
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Nucleation dynamics in amyloid formation as investigated by the analysis of prefibrillar intermediates (2017)
  • Author(s): Eri Chatani, Naoki Yamamoto
  • Organizer: 新学術領域「動的秩序と機能」第5回国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学駒場キャンパス（東京都・目黒区）
  • Year and Date: 2017-01-22
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Role of prefibrillar intermediates of insulin B chain in its amyloid fibril formation (2017)
  • Author(s): Naoki Yamamoto, Shoko Tsuhara, Atsuo Tamura, Eri Chatani
  • Organizer: 新学術領域「動的秩序と機能」第5回国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学駒場キャンパス（東京都・目黒区）
  • Year and Date: 2017-01-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A New fibrinogen function of trapping amyloid intermediate conformation (2017)
  • Author(s): Taiki Akai, Naoki Yamamoto, Eri Chatani
  • Organizer: 新学術領域「動的秩序と機能」第5回国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学駒場キャンパス（東京都・目黒区）
  • Year and Date: 2017-01-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 線維前駆中間体の観察によるアミロイド核形成の機構解明と制御 (2017)
  • Author(s): 茶谷 絵理
  • Organizer: 蛋白質異常凝集研究会
  • Invited
• [Presentation] pHおよび塩濃度に依存したトランスサイレチン凝集反応の観察 (2017)
  • Author(s): 下地 恭平, 山本 直樹, 茶谷 絵理
  • Organizer: 第4回 新学術領域研究「動的秩序と機能」若手研究会
• [Presentation] 弱酸性条件におけるAβ1-40のアミロイド線維形成と膜破壊機構の解明 (2017)
  • Author(s): 曲師 香緒里, 山本 直樹, 平松 貴人, 茶谷 絵理
  • Organizer: 第4回 新学術領域研究「動的秩序と機能」若手研究会
• [Presentation] A specific form of prefibrillar aggregates that functions as a precursor of amyloid nucleation (2017)
  • Author(s): 山本 直樹, 津原 祥子, 田村 厚夫, 茶谷 絵理
  • Organizer: 第55回日本生物物理学会年会
• [Presentation] Investigation of inhibition mechanism of fibrinogen in the amyloid fibrillation (2017)
  • Author(s): 赤井 大気, 山本 直樹, 茶谷 絵理
  • Organizer: 第55回日本生物物理学会年会
• [Presentation] Amyloid fibrillation of Aβ1-40 under weak acidic conditions (2017)
  • Author(s): 曲師 香緒里, 山本 直樹, 平松 貴人, 茶谷 絵理
  • Organizer: 第55回日本生物物理学会年会
• [Presentation] 弱酸性条件におけるAβ1-40アミロイド線維形成反応の観察 (2017)
  • Author(s): 曲師 香緒里, 平松 貴人, 山本 直樹, 茶谷 絵理
  • Organizer: 第17回日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] アミロイド形成における蛋白質分子集合プロセスの観察 (2017)
  • Author(s): 茶谷 絵理
  • Organizer: 第17回日本蛋白質科学会年会
  • Invited
• [Presentation] 超音波照射によるインスリンB 鎖アミロイド前駆中間体の線維化誘導 (2017)
  • Author(s): 山本 直樹, 津原 祥子, 田村 厚夫, 茶谷 絵理
  • Organizer: 第17回日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] トランスサイレチン凝集反応のpH および塩濃度依存性の解析 (2017)
  • Author(s): 下地 恭平, 山本 直樹, 茶谷 絵理
  • Organizer: 若手フロンティア研究会2017
• [Presentation] Aβ1-40のアミロイド線維形成と膜破壊能に 対するpHの効果 (2017)
  • Author(s): 曲師 香緒里, 山本 直樹, 平松 貴人, 茶谷 絵理
  • Organizer: 若手フロンティア研究会2017
• [Presentation] Characterization of prefibillar intermediates that function as a precursorof the amyloid fibrils (2017)
  • Author(s): Naoki Yamamoto, Shoko Tsuhara, Atsuo Tamura, Eri Chatani
  • Organizer: Horizon in Molecular Biology 2017
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Investigating amyloid polymophism by using iodine staining (2016)
  • Author(s): Takato Hiramatsu, Seongmin Ha, Yuki Masuda, Mitsuru Yasuda, Mika Ishigaki, Yukihiro Ozaki, Eri Chatani
  • Organizer: Japan-Taiwan Medical Spectroscopy International Symposium
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台国際会議場（兵庫県・淡路市）
  • Year and Date: 2016-12-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Structural analysis of Insulin amyloid fibril in the formation process by Raman spectroscopy (2016)
  • Author(s): Kana Morimoto, Mitsuru Ishigaki, Eri Chatani, Roumiana Tsenkova, Yukihiro Ozaki
  • Organizer: Japan-Taiwan Medical Spectroscopy International Symposium
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台国際会議場（兵庫県・淡路市）
  • Year and Date: 2016-12-05
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Investigation of protein aggregation processes leading to amyloid formation (2016)
  • Author(s): Eri Chatani, Naoki Yamamoto
  • Organizer: Japan-Taiwan Medical Spectroscopy International Symposium
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台国際会議場（兵庫県・淡路市）
  • Year and Date: 2016-12-05
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Protein hydration dynamics studied by broadband dielectric spectroscopy (2016)
  • Author(s): Naoki Yamamoto, Shota Ito, Kaoru Ohta, Atsuo Tamura, Eri Chatani, Hideki Kandori, Keisuke Tominaga
  • Organizer: Japan-Taiwan Medical Spectroscopy International Symposium
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台国際会議場（兵庫県・淡路市）
  • Year and Date: 2016-12-05
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 様々な炎症物質を認識するNLRP3-LRRドメインの発現系の確立とその構造的基盤の解明 (2016)
  • Author(s): 山本 良太、山下 和人、今村 比呂志、鍔木 基成、茶谷 絵理
  • Organizer: 第39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・横浜市）
  • Year and Date: 2016-12-01
• [Presentation] Investigation of water molecular system dynamics in the early stages of amyloid formation (2016)
  • Author(s): Eri Chatani, Takato Hiramatsu, Yukari Itakura, Roumiana Tsenkova
  • Organizer: AQUAPHOTOMICS: UNDERSTANDING WATER in BIOLOGY 2nd INTERNATIONAL SYMPOSIUM
  • Place of Presentation: 神戸大学（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2016-11-28
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Early detection of amyloid nucleus formation by near infrared spectroscopy (2016)
  • Author(s): Takato Hiramatsu, Yukari Itakura, Eri Chatani, Roumiana Tsenkova
  • Organizer: AQUAPHOTOMICS: UNDERSTANDING WATER in BIOLOGY 2nd INTERNATIONAL SYMPOSIUM
  • Place of Presentation: 神戸大学（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2016-11-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Effects of hydration on protein dynamics and its thermal excitation studied by broadband dielectric spectroscopy (2016)
  • Author(s): Naoki Yamamoto, Shota Ito, Hideki Kandori, Kaoru Ohta, Atsuo Tamura, Eri Chatani, Keisuke Tominaga
  • Organizer: AQUAPHOTOMICS: UNDERSTANDING WATER in BIOLOGY 2nd INTERNATIONAL SYMPOSIUM
  • Place of Presentation: 神戸大学（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2016-11-27
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Effects of hydration and thermal excitation of globular and membrane proteins studied by broadband dielectric spectroscopy (2016)
  • Author(s): 山本 直樹、伊藤 奨太、茶谷 絵理、神取 秀樹、富永 圭介
  • Organizer: 第54回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県・つくば市）
  • Year and Date: 2016-11-26
• [Presentation] Investigating early steps in amyloid fibril formation (2016)
  • Author(s): 茶谷 絵理
  • Organizer: 第54回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県・つくば市）
  • Year and Date: 2016-11-25
  • Invited
• [Presentation] Investigation of molecular basis underlying the recognition of various inflammatory substances by NLRP3-LRR domain (2016)
  • Author(s): 山本 良太、山下 和人、今村 比呂志、鍔木 基成、茶谷 絵理
  • Organizer: 第54回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県・つくば市）
  • Year and Date: 2016-11-25
• [Presentation] Fibrinogen inhibits amyloid fibrillation by stopping at the stage of intermediates (2016)
  • Author(s): 赤井 大気、山本 直樹、茶谷 絵理
  • Organizer: 第54回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県・つくば市）
  • Year and Date: 2016-11-25
• [Presentation] Effects of amyloid fibrillations on geometries of human insulin as studied by time-resolved EPR spectroscopy (2016)
  • Author(s): 安倍 知花、立川 貴士、茶谷 絵理、Paul Zierep、Stefan Weber、森 俊文、斎藤 真司、小堀 康博
  • Organizer: 第54回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県・つくば市）
  • Year and Date: 2016-11-25
• [Presentation] Molecular exploration of prefibrillar intermediates that lead to formation of amyloid fibrils (2016)
  • Author(s): Eri Chatani, Naoki Yamamoto
  • Organizer: Indo-Japan Joint Seminar on "Frontiers in Molecular Spectroscopy: From Fundamentals to Applications on Material Science and Biology"
  • Place of Presentation: Indian Institute of Technology, Kanpur (Kanpur, India)
  • Year and Date: 2016-11-14
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Hydration and thermal-excitation effects of purple membrane dynamics probed by broadband dielectric spectroscopy (2016)
  • Author(s): Naoki Yamamoto, Shota Ito, Eri Chatani, Hideki Kandori, Keisuke Tominaga
  • Organizer: Indo-Japan Joint Seminar on "Frontiers in Molecular Spectroscopy: From Fundamentals to Applications on Material Science and Biology"
  • Place of Presentation: Indian Institute of Technology, Kanpur (Kanpur, India)
  • Year and Date: 2016-11-14
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 線維前駆中間体に作用点をもつフィブリノーゲンのアミロイド線維化阻害機構 (2016)
  • Author(s): 赤井 大気、山本 直樹、茶谷 絵理
  • Organizer: 新学術領域研究「動的秩序と機能」第３回若手研究会
  • Place of Presentation: 加賀観光ホテル（石川県・加賀市）
  • Year and Date: 2016-10-12
• [Presentation] 広帯域分光による水/ジメチルスルホキシド二成分液体中におけるタンパク質の構造安定性 (2016)
  • Author(s): 飯沼 美紀、山本 直樹、太田 薫、茶谷 絵理、富永 圭介
  • Organizer: 第10回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 神戸ファッションマート（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2016-09-15
• [Presentation] ラマン分光法を用いたインスリンアミロイド線維形成過程の解析 (2016)
  • Author(s): 森本佳奈、石垣美歌、茶谷絵理、Roumiana Tsenkova、尾崎幸洋
  • Organizer: 日本分析化学会第65年会
  • Place of Presentation: 北海道大学工学部（北海道・札幌市）
  • Year and Date: 2016-09-14
• [Presentation] 広帯域誘電分光を用いた紫膜ダイナミクスの観測；サブGHz-THz領域における水和および温度依存性の評価 (2016)
  • Author(s): 山本 直樹、伊藤 奨太、茶谷 絵理、神取 秀樹、富永 圭介
  • Organizer: 第10回分子科学討論会
  • Place of Presentation: 神戸ファッションマート（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] 電子スピン共鳴法を用いたヒトインスリンのアミロイド線維化による構造変化の観測 (2016)
  • Author(s): 安倍 知花、立川 貴士、茶谷 絵理、Till Biskup、Stefan Weber、小堀 康博
  • Organizer: 第20回ESRフォーラム研究会 in 神戸
  • Place of Presentation: 神戸大学 瀧川記念学術交流会館（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2016-07-16
• [Presentation] 広帯域誘電分光法を用いた紫膜のダイナミクスにおける温度および水和依存性の観測 (2016)
  • Author(s): 山本 直樹、伊藤 奨太、茶谷 絵理、神取 秀樹、富永 圭介
  • Organizer: 第43回生体分子科学討論会2016
  • Place of Presentation: 名古屋大学 野依記念学術交流館（愛知県・名古屋市）
  • Year and Date: 2016-06-24
• [Presentation] Time-domain EPR observations of changes in protein binding structures induced by the amyloid fibrillation of human insulin (2016)
  • Author(s): Tomoka Abe, Takashi Tachikawa, Eri Chatani, Till Biskup, Stefan Weber, Yasuhiro Kobori
  • Organizer: 4th Awaji International Workshop on “Electron Spin Science & Technology: Biological and Materials Science Oriented Applications”
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台国際会議場（兵庫県・淡路市）
  • Year and Date: 2016-06-20
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 線維前駆中間体を経由したアミロイド線維形成機構 －インスリン B 鎖が形成する初期会合体のキャラクタリゼーション－ (2016)
  • Author(s): 山本 直樹、津原 祥子、田村 厚夫、茶谷 絵理
  • Organizer: 第16回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡県・福岡市）
  • Year and Date: 2016-06-09
• [Presentation] 一残基アミノ酸挿入によるアミロイドβタンパク質の線維形成機構の解明 (2016)
  • Author(s): 山下 和人、山本 直樹、鍔木 基成、茶谷 絵理
  • Organizer: 第16回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡県・福岡市）
  • Year and Date: 2016-06-09
• [Presentation] アミロイド線維形成に対するフィブリノーゲンの共存効果 (2016)
  • Author(s): 赤井 大気、山本 直樹、茶谷 絵理
  • Organizer: 第16回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡県・福岡市）
  • Year and Date: 2016-06-08
• [Presentation] ラマン分光法を用いたインスリンアミロイド線維形成過程の解析 (2016)
  • Author(s): 森本佳奈、石垣美歌、茶谷絵理、Roumiana Tsenkova、尾崎幸洋
  • Organizer: 第76回分析化学討論会
  • Place of Presentation: 岐阜薬科大学・岐阜大学（岐阜県・岐阜市）
  • Year and Date: 2016-05-28
• [Presentation] 線維前駆中間体の観察によるアミロイド線維の伝播およびその発現機構の解明 (2016)
  • Author(s): 茶谷 絵理
  • Organizer: 第63回日本生化学会近畿支部例会
  • Place of Presentation: 神戸薬科大学（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2016-05-21
  • Invited
• [Presentation] 新規アミロイド構造プローブとしてのヨウ素染色の有用性評価及び染色メカニズムの解析 (2016)
  • Author(s): 平松 貴人、Ha Seongmin、増田 裕輝、安田 充、石垣 美歌、尾崎 幸洋、茶谷 絵理
  • Organizer: 第63回日本生化学会近畿支部例会
  • Place of Presentation: 神戸薬科大学（兵庫県・神戸市）
  • Year and Date: 2016-05-21
• [Remarks]
  • URL: http://www2.kobe-u.ac.jp/~echatani
• [Funded Workshop] 新学術領域「動的秩序と機能」第5回国際シンポジウム (2017)
  • Place of Presentation: 東京大学駒場キャンパス（東京都・目黒区）
  • Year and Date: 2017-01-21