アミロイド線維形成中間体の立体構造と揺らぎ

• Project Area: Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
• Project/Area Number: 21107516
• 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, 蛋白質研究所, 教授 (40153770)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥7,280,000 (Direct Cost: ¥5,600,000、Indirect Cost: ¥1,680,000); Fiscal Year 2010: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000); Fiscal Year 2009: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: アミロイド蛋白質 / 脳神経疾患 / 透析アミロイドーシス / アルツハイマー病 / 糖尿病 / 蛍光顕微鏡 / NMR

Research Abstract

透析アミロイドーシスの原因となるβ2ミクログロブリン、およびアルツハイマー病に関わるアミロイドβ、II型糖尿病の原因となるIslet Amyloid Polypeptide (IAPP)などを材料として、アミロイド線維形成の中間体に焦点を当てて、構造と揺らぎの検出と解析を行った。
(1)溶液NMRによる線維中間体の解析:重水素交換-溶液NMR解析によって、β2ミクログロブリンの線維形成中間体の解析を更に進めた。線維の側面に結合した初期中間体が生じる原因を、蛋白質の溶解性の視点から研究した。
(2)超音波によるアミロイド線維形成:マイクロプレートリーダと超音波処理と組み合わせたアミロイドアッセイ法を開発して、さまざまな蛋白質やペプチドのアミロイド形成反応を解析した。
以上を基に、「蛋白質異常凝集の統一原理」を提唱した。つまり、アミロイド線維形成は、短いペプチドや変性した蛋白質が、溶解性を超えることによって析出する場合の、基本構造である。更に短いペプチドは三次元結晶を形成する。他方、大きな変性蛋白質は相互作用が多様であることによって不定形な凝集体を形成する。この間にあるペプチドはβ構造が基本となるアミロイド構造を形成する。そしてペプチド溶液はしばしば過飽和となるためアミロイド形成は容易には起きない。超音波は過飽和を壊すことによってアミロイド形成を促進する。本統一原理によって、アミロイド線維だけでなく、三次元結晶から不定形凝集まで、蛋白質の構造転移を包括して理解することができる。

Research Products

• [Journal Article] Laser-induced propagation and destruction of amyloid β fibrils. (2010)
  • Author(s): Yagi, Hisashi ; Goto, Yuji
  • Journal Title: J.Biol.Chem. Volume: 285(25) Pages: 19660-19667
  • NAID: 120006557646
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pre-steady state kinetic analysis for the elongation of amyloid fibrils of β2-microglobulin with tryptophan mutagenesis. (2010)
  • Author(s): Chatani, Eri ; Goto, Yuji
  • Journal Title: J.Mol.Biol. Volume: 400(5) Pages: 1057-1066
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Direct observation of minimum-sized amyloid fibrils using solution NMR spectroscopy. (2010)
  • Author(s): Yoshimura, Yuichi ; Goto, Yuji
  • Journal Title: Protein Sci. Volume: 19(12) Pages: 2347-2355
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Critical role of interfaces and agitation on the nucleation of Aβ amyloid fibrils at low concentrations of Aβ monomers (2010)
  • Author(s): Morinaga, A., et al.
  • Journal Title: Biochim.Biophys.Acta 1804(4) Pages: 986-995
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Differences in the molecular structure of β2-microglobulin between two morphologically different amyloid fibrils (2010)
  • Author(s): Hiramatsu, H., et al.
  • Journal Title: Biochemistry 49(4) Pages: 742-751
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermal response with exothermic effects of β2-microglobulin amyloid fibrils and fibrillation. (2009)
  • Author(s): Sasahara, K., et al.
  • Journal Title: J.Mol.Biol. 389(3) Pages: 584-594
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermal response with exothermic effects of β2-microglobulin amyloid fibrils and fibrillation. (2009)
  • Author(s): Pal-Gabor, H., et al.
  • Journal Title: Biochemistry 48(24) Pages: 5689-5699
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] NMR-based characterization of a refolding intermediate of β2-microglobulin labeled amino acid selectively using a wheat germ cell-free system. (2009)
  • Author(s): Kameda, A., et al.
  • Journal Title: Protein Science 18(8) Pages: 1592-1601
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ultrasonication establishes the equilibrium between production and breakdown leading to the minimum-sized amyloid fibrils (2009)
  • Author(s): Chatani, E., et al.
  • Journal Title: Proc.Natl.Acad.Sci.USA 106(27) Pages: 11119-11124
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Visualization of amyloid fibril formation of proteins. (2010)
  • Author(s): Goto, Yuji
  • Organizer: 10^<th> KIAS Conference on Protein Structure and Function
  • Place of Presentation: KIAS, Seoul, Korea(招待講演)
  • Year and Date: 2010-10-02
• [Presentation] Amyloid fibril growth visualized by thioflavin T fluorescence and probed by H/D exchange. (2010)
  • Author(s): Goto, Yuji
  • Organizer: Gordon Research Conference: Protein Folding Dynamics
  • Place of Presentation: Ventura, USA
• [Presentation] Amyloid fibril growth visualized by thioflavin T fluorescence and probed by H/D exchange. (2009)
  • Author(s): Goto, Yuji
  • Organizer: The 23rd Symposium of The Protein Society
  • Place of Presentation: Boston, USA
  • Year and Date: 2009-07-26
• [Presentation] Folding and amyloid fibril formation of proteins. (2009)
  • Author(s): Goto, Yuji
  • Organizer: The 66th KSBMB Annual Meeting
  • Place of Presentation: Seoul, Korea
  • Year and Date: 2009-05-12
• [Book] Water and Biomolecules : Physical Chemistry of Life Phenomena (eds. Kuwajima K, Goto Y, Hirata F, Kataoka M, & Terazima M) (2009)
  • Author(s): Yagi, H., et al.(分担執筆)
  • Publisher: Springer-Verlag
• [Remarks]
  • URL: http://www.protein.osaka-u.ac.jp/physical/yoeki.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.protein.osaka-u.ac.jp/physical/yoeki.html