NMRを主体としたタンパク質構造推移解析のための複合手法の開発と応用

• Project Area: Novel measurement techniques for visualizing 'live' protein molecules at work
• Project/Area Number: 17H05867
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 齋尾 智英 北海道大学, 理学研究院, 助教 (80740802)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2018: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2017: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: マルチドメインタンパク質 / 常磁性ランタノイドイオン / 構造変化 / NMR / ESR / SAXS / ランタニドイオン / ランタノイド

Outline of Annual Research Achievements

生体内においてタンパク質は，立体構造を大きく変化させながら機能を発揮しているが，多くの場合その詳細なメカニズムは明らかにされていない．特に，複数のドメインから構成されるマルチドメインタンパク質は，ドメインの相対配置を変えるような大きな立体構造変化を伴って機能することが多く，特に解析が困難である．そこで本研究では，タンパク質の立体構造とその変化を定量的に解析する手法の確立を目指した．具体的には，大腸菌細胞壁合成を担うマルチドメインタンパク質であるMurDを対象とし，MurDの立体構造と変化を追跡する手法の確立に取り組んだ．まず，ランタノイドイオン，特にガドリニウムイオンを用いた電子スピン共鳴 (ESR) によるdouble electron-electron resonance (DEER) 測定によって，MurDの任意の2箇所に固定したイオン間の距離と分布を計測することに成功した．さらに，イオン間の距離と分布の情報は，X線小角散乱 (SAXS) を用い，MurD上の2箇所のランタノイドイオン間の散乱干渉を選択的に観測することよっても取得可能であることを示した．タンパク質上の2箇所に固定したランタノイドイオン間の距離と分布を計測することによって，タンパク質のコンフォメーション状態や，リガンド結合に伴うコンフォメーション変化を観測することが可能になる．さらに本研究では，常磁性ランタノイドイオンを用いたNMRから得られる情報と組み合わせたアンサンブル解析によって，平衡状態にある複数のコンフォメーションを可視化することに成功した．

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] St. Jude Children's Research Hospital(米国)
• [Int'l Joint Research] University of Toronto(カナダ)
• [Journal Article] Accelerating structural life science by paramagnetic lanthanide probe methods (2019)
  • Author(s): Saio Tomohide、Ishimori Koichiro
  • Journal Title: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects Volume: － Issue: 2 Pages: 129332-129332
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2019.03.018
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamic assembly of protein disulfide isomerase in catalysis of oxidative folding (2019)
  • Author(s): Okumura Masaki、Noi Kentaro、Kanemura Shingo、Kinoshita Misaki、Saio Tomohide、Inoue Yuichi、Hikima Takaaki、Akiyama Shuji、Ogura Teru、Inaba Kenji
  • Journal Title: Nature Chemical Biology Volume: 15 Issue: 5 Pages: 499-509
  • DOI: 10.1038/s41589-019-0268-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 立体構造から明らかにする分子シャペロンの作用機序 (2019)
  • Author(s): 斉尾 智英，石森 浩一郎
  • Journal Title: 生物物理 Volume: －
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Oligomerization of a molecular chaperone modulates its activity (2018)
  • Author(s): Saio Tomohide、Kawagoe Soichiro、Ishimori Koichiro、Kalodimos Charalampos G
  • Journal Title: eLife Volume: 7
  • DOI: 10.7554/elife.35731
  • NAID: 120006581597
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structural insight into proline cis/trans isomerization of unfolded proteins catalyzed by the trigger factor chaperone (2018)
  • Author(s): Kawagoe Soichiro、Nakagawa Hiroshi、Kumeta Hiroyuki、Ishimori Koichiro、Saio Tomohide
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 293 Issue: 39 Pages: 15095-15106
  • DOI: 10.1074/jbc.ra118.003579
  • NAID: 120006585777
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 重原子イオンのX線小角散乱を利用したタンパク質の新規立体構造解析手法の開発 (2019)
  • Author(s): 川向 ほの香，瀧下 俊平，斉尾 智英，石森 浩一郎
  • Organizer: 2018年度生物物理北海道支部会
• [Presentation] ランタノイドイオンを用いたマルチドメインタンパク質MurDの構造分布解析 (2019)
  • Author(s): 斉尾 智英，平松 蒼野，浅田 瑞枝，瀧下 俊平，中川 洋，中村 敏和，石森 浩一郎
  • Organizer: 第19回 日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] 常磁性プローブを用いた立体構造解析 (2019)
  • Author(s): 斉尾 智英
  • Organizer: 大阪大学蛋白質研究所セミナー 第1回構造生命科学研究会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Structural and kinetic basis for functional modulation of a molecular chaperone (2019)
  • Author(s): Tomohide Saio, Soichiro Kawagoe, Charalampos G Kalodimos, Koichiro Ishimori
  • Organizer: 8TH Asia-Pacific NMR 2019
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Structural and kinetic insights into chaperone activities of Trigger Factor. (2018)
  • Author(s): Tomohide Saio
  • Organizer: International Symposium -Proteins: from the Cradle to the Grave-
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] NMRによって明らかにする分子シャペロンの活性制御メカニズム (2018)
  • Author(s): 斉尾 智英, Charalampos Kalodimos, 石森 浩一郎
  • Organizer: 第91回生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] Diverse activities of molecular chaperones through non-selective binding (2018)
  • Author(s): Tomohide Saio, Charalampos Kalodimos, Koichiro Ishimori
  • Organizer: 日本生物物理学会第56回年会
  • Invited
• [Presentation] Modulation of chaperone activity by oligomerization (2018)
  • Author(s): Tomohide Saio, Soichiro Kawagoe, Koichiro Ishimori, Charalampos G. Kalodimos
  • Organizer: 28th International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems (ICMRBS)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 常磁性プローブを利用したマルチドメインタンパク質のアンサンブル構造解析 (2018)
  • Author(s): 斉尾 智英，瀧下 俊平，平松 蒼野，浅田 瑞枝，中村 敏和，石森 浩一郎
  • Organizer: 第55回 NMR討論会
• [Presentation] パルスEPRとGd3+を用いたマルチドメイン蛋白質MurDの構造変化解析 (2018)
  • Author(s): 平松 蒼野，齋尾 智英，浅田 瑞枝，瀧下 俊平，中村 敏和，石森 浩一郎
  • Organizer: 第55回生化学会北海道支部例会
• [Presentation] パルスEPRとGd3+を用いたマルチドメイン蛋白質MurDの立体構造変化の解析 (2018)
  • Author(s): 平松 蒼野，齋尾 智英，浅田 瑞枝，瀧下 俊平，中村 敏和，石森 浩一郎
  • Organizer: 第57回電子スピンサイエンス学会年会(SEST2018)
• [Presentation] Exploring conformational equilibria of a multi-domain protein MurD by paramagnetic lanthanide probe in NMR and EPR (2017)
  • Author(s): Tomohide Saio, Soya Hiramatsu, Mizue Asada, Shunpei Takishita, Toshikazu Nakamura, Koichiro Ishimori
  • Organizer: 第17回 日本蛋白質科学会年会
  • Invited
• [Presentation] パルスESRとGd3+を用いたマルチドメイン蛋白質MurDの構造変化解析 (2017)
  • Author(s): 平松 蒼野，齋尾 智英，浅田 瑞枝，瀧下 俊平，中村 敏和，石森 浩一郎
  • Organizer: 第17回 日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] マルチドメインタンパク質における構造アンサンブルと各構造の存在比の解析 (2017)
  • Author(s): 瀧下俊平, 齋尾智英, 平松蒼野, 久米田博之, 清水和美, 石森浩一郎
  • Organizer: 第56回 NMR討論会
• [Book] Experimental Approaches of NMR Spectroscopy: Methodology and Application to Life Science and Materials Science, Chapter 8 Structural study of proteins by paramagnetic lanthanide probe methods (2017)
  • Author(s): Tomohide Saio and Fuyuhiko Inagaki
  • Total Pages: 636
  • Publisher: Springer
  • ISBN: 9789811059667
• [Remarks] 北海道大学大学院理学研究院化学部門 構造化学研究室ホームページ
  • URL: https://wwwchem.sci.hokudai.ac.jp/~stchem/
• [Remarks] 構造化学研究室 研究概要・研究内容
  • URL: http://wwwchem.sci.hokudai.ac.jp/~stchem/research-outline/