Supersaturation-limited Large-scale Phase Transition of Denatured Proteins

• Project Area: Science on Function of Soft Molecular Systems by Cooperation of Theory and Experiment
• Project/Area Number: 16H00836
• 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: 後藤 祐児 大阪大学, たんぱく質研究所, 教授 (40153770)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000); Fiscal Year 2017: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2016: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: 脳神経変性疾患 / 生体分子 / 老化 / 蛋白質 / アミロイド線維 / 過飽和 / 溶解度 / 超音波 / 脳神経疾患 / 蛋白質凝集 / 相転移

Outline of Annual Research Achievements

代表者は、アミロイド線維形成が、溶解度と過飽和によって決まる相転移現象であることを提唱してきた。さらに、析出力が強い条件下では、ガラス状態に相当するアモルファス凝集を形成する。アミロイド線維とアモルファス凝集の分配は、両者の競争反応によって起きることが示唆される。本研究では、フォールディングとミスフォールディングを包括する構造転移のモデルを実験と理論によって構築するため、超音波を用いたミスフォールディング計測の実験的研究を、平成29年度4月から6月にかけて重点的に行った。その結果、以下の成果を得た。
①アミロイド相転移の速度論と計測：プレートリーダを用いるHANABIと、通常の蛍光光度計のセルに直接超音波を照射するシステムを用いて、アミロイド線維の形成機構を研究した。アミロイド線維とアモルファス凝集の形成過程を比較することにより、アミロイド線維の競争的形成を検証すると共に、アモルファス凝集が過飽和解消のトリガーとして作用することを示唆する結果を得た。
③アミロイド線維とアモルファス凝集の直接的比較：445 nmのLEDランプを用いて、マイクロプレート中のアミロイド線維を特異的に観察する方法を確立した。溶液の見かけの凝集状況と比較することによって、変性蛋白質の可溶性状態、アミロイド線維、アモルファス凝集間の相転移を、可視化することに成功した。これにより、アモルファス凝集とアミロイド線維の競争的形成反応がより、明確となった。
しかしながら、平成29年6月30日付の平成29年度科学研究補助金内定において、研究代表者となっている課題（新学術領域研究（研究領域提案型）課題番号：17H06352）が新たに採択されたため、本研究は廃止した。

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

• [Int'l Joint Research] エトバッシュローランド大学(ハンガリー)
• [Journal Article] Drastic acceleration of fibrillation of insulin by transient cavitation bubble (2017)
  • Author(s): Nakajima, K., Nishioka, D., Hirao, M., So, M., Goto, Y., Ogi, H.
  • Journal Title: Ultrason. Sonochem. Volume: 36 Pages: 206-211
  • DOI: 10.1016/j.ultsonch.2016.11.034
  • NAID: 120007148339
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Model membrane size-dependent amyloidogenesis of Alzheimer's amyloid-β peptides (2017)
  • Author(s): Kinoshita Misaki、Kakimoto Erina、Terakawa Mayu S.、Lin Yuxi、Ikenoue Tatsuya、So Masatomo、Sugiki Toshihiko、Ramamoorthy Ayyalusamy、Goto Yuji、Lee Young-Ho
  • Journal Title: Physical Chemistry Chemical Physics Volume: 19 Issue: 24 Pages: 16257-16266
  • DOI: 10.1039/c6cp07774a
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Non-native alpha-helices in the initial folding intermediate facilitate the ordered assembly of the beta-barrel in beta-lactoglobulin (2017)
  • Author(s): Sakurai, K., Yagi, M., Konuma, T., Takahashi, S., Nishimura, C., Goto, Y.
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 56 Issue: 36 Pages: 4799-4807
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.7b00458
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Heparin-induced amyloid fibrillation of beta2-microglobulin explained by solubility and a supersaturation-dependent conformational phase diagram. (2017)
  • Author(s): So, M., Hata, Y., Naiki, H. and Goto, Y.
  • Journal Title: Protein Science Volume: 26 Issue: 5 Pages: 1024-1036
  • DOI: 10.1002/pro.3149
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Optimized ultrasonic irradiation finds out ultra-stable Abeta1－40 oligomer. (2017)
  • Author(s): Nakajima, K., So, M., Takahashi, K., Tagawa, Y., Hirao, M., Goto, Y. and Ogi, H.
  • Journal Title: J. Phys. Chem. B Volume: 121 Issue: 12 Pages: 2603-2613
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.7b01409
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Thioflavin T-silent denaturation intermediates support the main-chain dominated architecture of amyloid fibrils. (2016)
  • Author(s): Noda, S., So, M., Adachi, M., Kardos, J., Akazawa-Ogawa, Y., Hagihara, H., and Goto, Y.
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 55 Issue: 28 Pages: 3937-3948
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.6b00231
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Supersaturation-limited phase transition of denatured proteins producing amyloid fibrils (2017)
  • Author(s): Yuji Goto
  • Organizer: The 5th APPA/12th PST joint conference
  • Place of Presentation: Bangsaen, Thailand
  • Year and Date: 2017-07-11
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 超音波に依存した蛋白質過飽和溶液の相転移現象 (2017)
  • Author(s): 後藤祐児
  • Organizer: 日本物理学会第72回年次大会シンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府、豊中市）
  • Invited
• [Presentation] Revisiting supersaturation as a factor determining amyloid fibrillation (2016)
  • Author(s): Goto, Yuji
  • Organizer: Third International Symposium on Protein Folding & Dynamics
  • Place of Presentation: NCBS (Bangalore, India)
  • Year and Date: 2016-11-08
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] アモルファス凝集とアミロイド線維の区別および疾患関連性 (2016)
  • Author(s): 後藤祐児
  • Organizer: 企業現場のニーズと先端蛋白質科学との接点を探るシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都、文京区）
  • Invited
• [Presentation] 蛋白質の凝集と病気 (2016)
  • Author(s): 後藤祐児
  • Organizer: 大阪大学リサーチクラウドカフェ
  • Place of Presentation: 京阪電車なにわ橋駅（大阪府、大阪市）
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 蛋白質研究所構造形成研究室
  • URL: http://www.protein.osaka-u.ac.jp/physical/yoeki.html
• [Remarks] 大阪大学・蛋白質研究所・蛋白質構造形成研究室
  • URL: http://www.protein.osaka-u.ac.jp/physical/yoeki.html