NMR緩和分散法によるiPS細胞誘導因子Oct3/4の揺らぎの検出

• Project Area: Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
• Project/Area Number: 21107531
• 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: Suntory Institute for Bioorganic Research
• Principal Investigator: 菅瀬 謙治 公益財団法人サントリー生命科学財団, 生物有機科学研究所, 主席研究員 (00300822)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000); Fiscal Year 2010: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2009: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: 揺らぎの検出 / 蛋白質 / NMR

Research Abstract

iPS細胞誘導因子の1つである転写因子Oct3/4のDNA認識機構を分子の動きの面から解明するべく、本年度は、遊離状態とDNA(utf1)結合状態のOct3/4がどのような運動性を示すのか明らかにすることを目的として研究を進めた。特に、Oct3/4に2つあるDNA結合ドメインのうちホメオドメインの解析を集中的に進めた。まずは遊離状態とDNA結合状態のNMRシグナルの帰属を従来法で完了した。この帰属の情報と、水素結合を直接観測する実験から、ホメオドメインのC末端はDNA結合に伴いヘリックスが長くなることが分かった。続いて緩和分散測定を行なったが、残念ながら、当初、期待していた緩和分散(揺らぎ)は観測されなかった。このことは、蛋白質の揺らぎのタイムスケールが、緩和分散で観測できる揺らぎのタイムスケールとマッチしなかったためと予想した。そこで、違う観点から揺らぎを観測するということで、水とアミドプロトンとの交換速度を決定するCLEANEX-PM測定を行なった。非常に興味深いことに、DNA滴定を行いながら、CLEANEX-PMを測定すると、滴定の途中でホメオドメインが、より柔軟になることが分かった。同じくDNA滴定実験から、化学シフト変化を追跡した結果、単純な2状態交換モデル(遊離←→結合)では理解出来ない化学シフト変化が観測された。これらの結果から、ホメオドメインのDNA結合の過程には、より構造が柔軟な中間状態があることが強く示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Calcitonin in a protochordate, Ciona intestinalis―the prototype of the vertebrate calcitonin/calcitonin gene-related peptide superfamily (2009)
  • Author(s): Sekiguchi T, Suzuki N, Fujiwara N, Aoyama M, Kawada T, Sugase K, Murata Y, Sasayama Y, Ogasawara M, Satake H
  • Journal Title: FEBS J. 276 Pages: 4437-4447
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Elucidating slow binding kinetics of a protein without observable bound resonances by longitudinal relaxation NMR spectroscopy
  • Author(s): Kenji Sugase
  • Journal Title: Journal of Biomolecular NMR Volume: (in press)
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Fluctuation and function of nuclear proteins (2010)
  • Author(s): 菅瀬謙治
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学(岩手県)
  • Year and Date: 2010-09-20
• [Presentation] Fitting Relaxation Dispersion Data With A New Software Package GLOVE (2010)
  • Author(s): 菅瀬謙治
  • Organizer: XXIVth International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems
  • Place of Presentation: Cairns convention centre (Australia)
  • Year and Date: 2010-08-24
• [Presentation] NMRによるヘムオキシゲナーゼのヘム認識機構の解明 (2010)
  • Author(s): 菅瀬謙治
  • Organizer: 大阪大学蛋白質研究所セミナー
  • Place of Presentation: 大阪大学蛋白質研究所(大阪府)
  • Year and Date: 2010-07-30
• [Presentation] NMRによる天然変性タンパク質の動的構造解析 (2010)
  • Author(s): 菅瀬謙治
  • Organizer: 第10回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター(北海道)
  • Year and Date: 2010-06-18
• [Presentation] 緩和分散解析用プログラムGLOVE (2010)
  • Author(s): 菅瀬謙治
  • Organizer: 第49回NMR討論会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀(東京)
  • Year and Date: 2010-06-18
• [Presentation] 動きの面から見た核内タンパク質の機能 (2010)
  • Author(s): 菅瀬謙治
  • Organizer: ターゲットタンパク研究プログラム第3回研究交流会
  • Place of Presentation: 東京大学(東京)
  • Year and Date: 2010-03-04
• [Presentation] 天然変性状態と機能の相関 (2009)
  • Author(s): 菅瀬謙治
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
  • Year and Date: 2009-12-11
• [Presentation] Elucidation of protein-protein interactions by relaxation NMR spectroscopy (2009)
  • Author(s): 菅瀬謙治
  • Organizer: The 3rd APNMR Biannual Asia-Pacific NMR Symposium
  • Place of Presentation: Ramada hotel(Jeju, Korea)
  • Year and Date: 2009-10-27
• [Presentation] 天然変性タンパク質の構造と機能の最前線 (2009)
  • Author(s): 菅瀬謙治
  • Organizer: 第49回 生命科学 夏の学校
  • Place of Presentation: 神戸セミナーハウス(三田)
  • Year and Date: 2009-08-30
• [Book] Water and Biomolecules : Physical Chemistry of Life Phenomena(Biological and Medical Physics, Biomedical Engineering)(ed.Kuwajima K, Goto Y, Hirata F, Terazima M, Kataoka M) (2009)
  • Author(s): Wright PE, Felitsky DJ, Sugase K, Dyson HJ
  • Total Pages: 307
  • Publisher: Springer-Verlag
• [Remarks]
  • URL: http://www.sunbor.or.jp