天然変性蛋白質αシヌクレインの細胞内夾雑系における凝集解析とその制御

• Project Area: Chemical Approaches for Miscellaneous / Crowding Live Systems
• Project/Area Number: 18H04557
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Tottori University
• Principal Investigator: 河田 康志 鳥取大学, 工学研究科, 教授 (40177697)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2019: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2018: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: αシヌクレイン / 夾雑系におけるアミロイド線維凝集 / 細胞内凝集の可視化 / 蛋白質凝集抑制 / 分子シャペロン / タンパク質凝集 / アミロイド線維形成 / 凝集抑制

Outline of Annual Research Achievements

１：夾雑系の主要成分としてのαシヌクレイン等のin vitro凝集特性評価
様々な生体内因子が存在する細胞内の状態を模倣する条件下で認知症に関わるタウ蛋白質(Tau)とパーキンソン病に関わるαシヌクレイン蛋白質(αSyn)のアミロイド線維形成反応を特に電荷（正電荷；スペルミジン，負電荷；コンドロイチン硫酸，DNA）に着目して調べた。スペルミジンはTauとαSynの両方の線維形成反応に影響を与えなかったが，コンドロイチン硫酸はTauの線維形成反応を促進し，αSynの線維形成反応には影響を与えないことが判明した。また，DNAの添加はTauの線維形成反応を促進させ，αSynの線維形成反応を抑制する結果となった。以上より，Tauは負電荷を持つ物質によって線維の形成が促進され，αSynでは同じ負電荷を持つ物質間でも異なる効果が見られた。一方，熱変性させたDNA，DNA primer，RNAなどの『疎水性部分が露出している可能性の高い核酸』はTauとαSynのアミロイド線維形成を促進する効果を見せた。このため，生体内に存在する物質は疎水性相互作用によってアミロイド線維形成を促進するということも示唆された。

２：細胞内でのαシヌクレインの凝集の可視化
昨年度開発したNeuro2a細胞内でαSynのN末端にGFPを融合させたGFP-Synの安定化発現系を用いたαSynの凝集体可視化システムを利用し，ヒト由来Hsp60のアピカルドメイン(AD)の機能評価を行った。ADは蛋白質として細胞内に導入した。ウエスタンブロット分析や共焦点顕微鏡，フローサイトメーターを活用して調べた結果，ADはαSynの細胞内での凝集を抑制すると共に細胞毒性も抑えることが明らかになった。ADはin vitroだけではなく，細胞内でもαSynの凝集体を抑えるミニシャペロンとして働くことが明らかになった。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Human Molecular Chaperone Hsp60 and Its Apical Domain Suppress Amyloid Fibril Formation of α-Synuclein (2020)
  • Author(s): Hanae Yamamoto, Naoya Fukui, Mayuka Adachi, Eiichi Saiki, Anna Yamasaki, Rio Matsumura, Daichi Kuroyanagi, Kunihiro Hongo, Tomohiro Mizobata, and Yasushi Kawata
  • Journal Title: Int. J. Mol. Sci. Volume: 21 Issue: 1 Pages: 47-47
  • DOI: 10.3390/ijms21010047
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Isoelectric point-amyloid formation of α-synuclein extends the generality of the solubility and supersaturation-limited mechanism (2020)
  • Author(s): Furukawa Koki、Aguirre Cesar、So Masatomo、Sasahara Kenji、Miyanoiri Yohei、Sakurai Kazumasa、Yamaguchi Keiichi、Ikenaka Kensuke、Mochizuki Hideki、Kardos Jozsef、Kawata Yasushi、Goto Yuji
  • Journal Title: Current Research in Structural Biology Volume: 2 Pages: 35-44
  • DOI: 10.1016/j.crstbi.2020.03.001
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Amyloid formation of α-synuclein based on the solubility- and supersaturation-dependent mechanism (2020)
  • Author(s): Maya Sawada, Keiichi Yamaguchi, Miki Hirano, Masahiro Noji, Masatomo So, Daniel Otzen, Yasushi Kawata, and Yuji Goto
  • Journal Title: Langmuir Volume: 印刷中 Issue: 17 Pages: 4671-4681
  • DOI: 10.1021/acs.langmuir.0c00426
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Acid-denatured small heat shock protein HdeA from Escherichia coli forms reversible fibrils with an atypical secondary structure (2019)
  • Author(s): Shiori Miyawaki, Yumi Uemura, Kunihiro Hongo, Yasushi Kawata, and Tomohiro Mizobata
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 294 Issue: 5 Pages: 1590-1601
  • DOI: 10.1074/jbc.ra118.005611
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The versatile mutational “repertoire” of E. coli GroEL, a multi-component chaperonin nanomachine (2018)
  • Author(s): Tomohiro Mizobata and Yasushi Kawata
  • Journal Title: Biophysical Review Volume: 10 Issue: 2 Pages: 631-640
  • DOI: 10.1007/s12551-017-0332-0
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 蛋白質の凝集形成と分子シャペロンによる凝集抑制 (2018)
  • Author(s): 河田康志
  • Journal Title: 日本白内障学会誌 Volume: 30 Pages: 44-47
  • NAID: 130007402958
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Suppression of amyloid fibril formation of alpha-synuclein by the human molecular chaperone Hsp60 (2019)
  • Author(s): Hanae Yamamoto, Naoya Fukui, Kunihiro Hongo, Tomohiro Mizobata, and Yasushi Kawata
  • Organizer: 5th WORLD PARKINSON CONGRESS
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 様々な生体関連因子存在下におけるタウとαシヌクレインタンパク質のアミロイド線維形成 (2019)
  • Author(s): 石井歩実，石川真由子，本郷邦広，溝端知宏，河田康志
  • Organizer: 第19回日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] ヒト分子シャペロンHsp60のα-シヌクレインの凝集抑制効果 (2019)
  • Author(s): 山本英絵，齋木影一，福井直也，本郷邦広，溝端知宏，河田康志
  • Organizer: 第19回日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] 真核細胞内におけるαシヌクレイン凝集体形成の可視化とその抑制に関する研究 (2019)
  • Author(s): 松村梨央，中島美穂，足立麻由香，本郷邦広，溝端知宏，河田康志
  • Organizer: 第19回日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] 単離Hsp60アピカルドメインによるαシヌクレインアミロイド線維化抑制効果 (2019)
  • Author(s): 山本英絵，足立麻由香，齋木影一，山崎杏奈，本郷邦広，溝端知宏，河田康志
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
• [Presentation] Protein aggregation and its suppression by using various molecular chaperones (2018)
  • Author(s): Yasushi Kawata
  • Organizer: 第18回日本蛋白質科学会年会, タンパク質の凝集とアンチ凝集（ワークショップ）
  • Invited
• [Presentation] ヒトHsp60のアミロイド線維形成抑制機構に関する研究 (2018)
  • Author(s): 山本英絵，山崎杏奈，福井直也，本郷邦広，溝端知宏，河田康志
  • Organizer: 第91回日本生化学会大会
• [Presentation] 可逆的アミロイド線維形成を見せる酸感受性シャペロンHdeAのストレス耐性メカニズム (2018)
  • Author(s): 宮脇史織，植村優実，本郷邦広，河田康志，溝端知宏
  • Organizer: 第91回日本生化学会大会