細胞質内シャペロンネットワークにおけるスモールヒートショックプロテインの機能

• Project Area: Protein community: organization and maintenance of protein functions
• Project/Area Number: 22020011
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 養王田 正文 東京農工大学, 大学院・工学研究院, 教授 (50250105)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥6,200,000 (Direct Cost: ¥6,200,000); Fiscal Year 2011: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2010: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
• Keywords: シャペロン / sHsp / 分裂酵母 / フォールディング / 古細菌 / 構造変化 / AAAタンパク質 / Hsp90 / 磁性細菌

Research Abstract

超好熱性古細菌Thermococcus strain KS-1(TKS1)における、スモールヒートショックプロテイン(sHsp)と他の分子シャペロンとの協調機構解明を目的に研究を行った。超好熱性古細菌に存在する分子シャペロンの中で、タンパク質フォールディング活性が確認されているのはグループ2型シャペロニン(CPN)だけである。我々は、以前、プレフォルディン(PFD)が変性蛋白質を捕捉後、CPNに受け渡し、CPNがATP依存的にフォールディングを行う協調機構を明らかにしている。そこで、PFD-CPNシステムとsHspの協調機構を解析した。その結果、以下のような協調機構が明らかになった。高温条件下において、sHspは複合体が解離することで変性状態の基質を捕捉し凝集を抑制する。その後、低温に温度変化すると、解離状態から再び複合体を形成することで基質がはずれ、CPNがその基質を捕捉しATP依存的にフォールディングを行う。sHspはPFDとは協調することはなく、条件や基質により使い分けられていることが示唆された。また、最近、T.KS1の近縁種であるT.kodakaraensis KOD1株において、AAAタンパク質をコードする遺伝子がsHsp遺伝子と隣接して存在し、同時に転写制御されることが報告された。我々は、このAAAタンパク質が超好熱性古細菌においてsHspと協調して機能していると考え、TKS1からこのAAAタンパク質(TKS1-cdcA)の遺伝子をクローニングし、大腸菌で発現させた。精製したTKS1-cdcAの構造をHPLCのゲル濾過クロマトグラフィーと透過型電子顕微鏡を用いて解析したところ、6量体リング状構造を形成していることが明らかとなった。また、他のAAAファミリータンパク質と同程度のATPase活性を有していた。さらに,クエン酸合成酵素やIPMDHをモデル基質とした、変性タンパク質の凝集抑制能及びリフォールディング活性などを解析した。

Research Products

• [Journal Article] The N-terminal replacement of an olfactory receptor for the development of a yeast-based biomimetic odor sensor (2012)
  • Author(s): Fukutani Y, Nakamura T, Yorozu M, Ishii J, Kondo A, Yohda M.
  • Journal Title: Biotechnol Bioeng Volume: 109 Issue: 1 Pages: 205-212
  • DOI: 10.1002/bit.23327
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Amyloid oligomer detection by immobilized molecular chaperone (2012)
  • Author(s): Sakono M. Zako T, Yohda M, Maeda M.
  • Journal Title: Biochemical Engineering Journal Volume: 61 Pages: 28-33
  • DOI: 10.1016/j.bej.2011.12.005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dimer structure and conformational variability in the N-terminal region of an archaeal small heat shock protein, StHsp14.0 (2011)
  • Author(s): Takeda K, Hayashi T, Abe T, Hirano Y Hanazono Y, Yohda M, Miki K.
  • Journal Title: J Struct Biol Volume: 174 Issue: 1 Pages: 92-99
  • DOI: 10.1016/j.jsb.2010.12.006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Monooxygenation by a thermophilic cytochrome P450 via direct electron donation from NADH (2011)
  • Author(s): H. Matsumura
  • Journal Title: Metallomics Volume: 3 Issue: 4 Pages: 389-395
  • DOI: 10.1039/c0mt00079e
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] StHsp14.0, a small heat shock protein of Sulfolobus tokodaii strain 7, protects denatured proteins from aggregation in the partially dissociated conformation (2011)
  • Author(s): Abe T, Oka T, Nakagome A, Tsukada Y Yasunaga T, Yohda M.
  • Journal Title: J Biochem Volume: 150 Issue: 4 Pages: 403-409
  • DOI: 10.1093/jb/mvr074
  • NAID: 10030588087
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Properties and crystal structure of methylenetetrahydrofolate reductase from Thermus thermophilus HB8 (2011)
  • Author(s): 猪狩早雅(筆頭著者)、山田和弘(責任著者)(他6名)
  • Journal Title: PLoS One Volume: Vol.6 Issue: 8 Pages: e23716-e23716
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0023716
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Solubilization and folding of a fully active recombinant Gaussia luciferase with native disulfide bonds by using a SEP-tag (2011)
  • Author(s): Rathnayaka T, Tawa M, Nakamura T, SohyaS, Kuwajima K, Yohda M, Kuroda Y
  • Journal Title: Biochim Biophys Acta. Proteins and Proteomics Volume: 1814(12) Issue: 12 Pages: 1775-1778
  • DOI: 10.1016/j.bbapap.2011.09.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Size-selective recognition of gold nanoparticles by a molecular chaperone. (2011)
  • Author(s): Sakono M, Zako T, Drakulic S, Valpuesta JM, Yohda M, Maeda M.
  • Journal Title: Chem Phys Letters Volume: 501 Pages: 108-112
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dimer structure and conformational variability in the N-terminal region of anarchaeal small heat shock protein, StHsp14.0. (2011)
  • Author(s): Takeda K, Hayashi T, Abe T, Hirano Y, Hanazono Y, Yohda M, Miki K.
  • Journal Title: J Struct Biol. Volume: 174 Pages: 92-99
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 磁性細菌Magnetospirillum magneticum AMB-1由来sHspの機能と構造 (2010)
  • Author(s): 阿部哲也、伊藤慎平、西直哉、塚田祥弘、安永卓生、新垣篤史、松永是、養王田正文
  • Journal Title: 高分子論文集 Volume: 67 Pages: 698-704
  • NAID: 10027624299
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Biophysical characterization of highly active recombinant Gaussia luciferase expressed in Escherichia coli. (2010)
  • Author(s): Rathnayaka T, Tawa M, Sohya S, Yohda M, Kuroda Y.
  • Journal Title: Biochim Biophys Acta. Volume: 1804 Pages: 1902-1907
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermodynamic characterization of the interaction between prefoldin and group II chaperonin. (2010)
  • Author(s): Sahlan M, Zako T, Tai PT, Ohtaki A, Noguchi K, Maeda M, Miyatake H, Dohmae N, Yohda M.
  • Journal Title: J Mol Biol. Volume: 399 Pages: 628-636
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Analysis of the interaction mode between hyperthermophilic archaeal group II chaperonin and prefoldin using a platform of chaperonin oligomers of various subunit arrangements. (2010)
  • Author(s): Sahlan M, Kanzaki T, Zako T, Maeda M, Yohda M.
  • Journal Title: Biochim Biophys Acta. Volume: 1804 Pages: 1810-1816
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal structure of 1-deoxy-d-xylulose 5-phosphate reductoisomerase from the hyperthermophile Thermotoga maritima for insights into the coordination of conformational changes and an inhibitor binding. (2010)
  • Author(s): Takenoya M, Ohtaki A, Noguchi K, Endo K, Sasaki Y, Ohsawa K, Yajima S, Yohda M.
  • Journal Title: J Struct Biol. Volume: 170 Pages: 532-539
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Kinetic and structural studies on roles of the serine ligand and a strictly conserved tyrosine residue in nitrile hydratase. (2010)
  • Author(s): Yamanaka Y, Hashimoto K, Ohtaki A, Noguchi K, Yohda M, Odaka M.
  • Journal Title: J Biol Inorg Chem. Volume: 15 Pages: 655-665
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 分裂酵母Schizosaccharomyces pombe由来SpHsp16.0のN末端 (2011)
  • Author(s): 神田英司、友成太一、阿部哲也、岡俊彦、養王田正文
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2011-12-13
• [Presentation] 超好熱性古細菌Thermococcus strain KS-1由来AAAタンパク質の機能解析 (2011)
  • Author(s): 吉崎誠人、阿部哲也、養王田正文
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2011-12-13
• [Presentation] ATP dependent conformational change and protein folding mechanism of group II chaperonin (2011)
  • Author(s): Yohda M, Nakagawa A, Moriya K, Oka T, Sekiguchi H, Sasaki YC, Makabe K, Kuwajima K
  • Organizer: The 4th ITP International Symposium
  • Place of Presentation: ローマ大学、イタリア(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-29
• [Presentation] ATP dependent conformational change and protein folding mechanism of group II chaperonin (2011)
  • Author(s): Yohda M, Nakagawa A, Moriya K, Oka T, Sekiguchi H, Sasaki YC, Makabe K, Kuwajima K
  • Organizer: The 11th KIAS Conference on Protein Structure and Function
  • Place of Presentation: KOREA INSTITUTE FOR ADVANCED STUDY韓国(招待講演)
  • Year and Date: 2011-10-08
• [Presentation] 分裂酵母Schizosaccharomyces pombe由来Hsp90とコシャペロンの協調作用機構 (2011)
  • Author(s): 友成太一、石田眞理、阿部哲也、神前太郎、岡俊彦、養王田正文
  • Organizer: 第63回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 東京農工大学小金井キャンパス
  • Year and Date: 2011-09-28
• [Presentation] 分裂酵母Schizosaccharomyces pombe由来SpHsp16.0のN末端 (2011)
  • Author(s): 神田英司、友成太一、阿部哲也、養王田正文
  • Organizer: 第63回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 東京農工大学小金井キャンパス
  • Year and Date: 2011-09-28
• [Presentation] 分裂酵母Shizosaccharomyces pombe由来sHspの機能 (2011)
  • Author(s): 阿部哲也、吉成由貴子、堂前直、東田英毅、養王田正文
  • Organizer: 第63回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 東京農工大学小金井キャンパス
  • Year and Date: 2011-09-28
• [Presentation] 超好熱性古細菌Thermococcus strain KS-1由来AAAタンパク質の機能解析 (2011)
  • Author(s): 吉崎誠人、阿部哲也、養王田正文
  • Organizer: 第63回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 東京農工大学小金井キャンパス
  • Year and Date: 2011-09-27
• [Presentation] 超好熱性古細菌Thermococcus strain KS-1由来スモールヒートショックプロテインとプレフォルディン・シャペロニンシステムの協調作用機構 (2011)
  • Author(s): 守谷和騎、吉崎誠人、阿部哲也、養王田正文
  • Organizer: 第63回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 東京農工大学小金井キャンパス
  • Year and Date: 2011-09-27
• [Presentation] 超好熱性古細菌Thermococcus strain KS-1由来AAAタンパク質の機能解析 (2011)
  • Author(s): 吉崎誠人、阿部哲也、養王田正文
  • Organizer: 第11回蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: ホテル阪急エキスポパーク、大阪
  • Year and Date: 2011-06-08
• [Presentation] Conformational change and protein folding mechanism of group II chaperonin proposed from stopped-flow experiments and diffracted X-ray tracking (2011)
  • Author(s): Yohda M, Nakagawa A, Sekiguchi H, Moriya K, Oka T, Makabe K, Kuwajima K, Sasaki YC
  • Organizer: The 3rd Pacific Protein Association Conference
  • Place of Presentation: 上海大学、中国
  • Year and Date: 2011-05-06
• [Presentation] Mechanism of protein folding by prefoldin and group II chaperonin system (2010)
  • Author(s): Masafumi Yohda
  • Organizer: The Eleventh China-Japan-Korea Joint Symposium on Enzyme Engineering
  • Place of Presentation: Chengdu, China(招待講演)
  • Year and Date: 2010-11-07
• [Presentation] Structure, function and application of hyperthrmophilic molecular chaperones (2010)
  • Author(s): Masafumi Yohda, Ayumi Nakagawa, Taro Kanzaki, Hiroshi Sekiguchi, Yuji C.Sasaki
  • Organizer: Pacifichem 2010
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii, USA
  • Year and Date: 2010-10-19
• [Presentation] Thermodynamic Characterization of the Interaction between Prefoldin and Group II Chaperonin (2010)
  • Author(s): Muhamad Sahlan, Tamotsu Zako, Phan The Tai, Akashi Ohtaki, Keiichi Noguchi, Hideyuki Miyatake, Naoshi Dohmae, Mizuo Maeda, Masafumi Yohda
  • Organizer: International Symposium on Protein Community
  • Place of Presentation: ホテル日航奈良、奈良
  • Year and Date: 2010-09-13
• [Presentation] Characterization of Heat Shock Protein 90 and Its Co-chaperones from Schizosaccharomyces pombe (2010)
  • Author(s): Tetsuya Abe, Taichi Tomonari, Mari Ishida, Taro Kanzaki, Toshihiko Oka, Masafumi Yohda
  • Organizer: International Symposium on Protein Community
  • Place of Presentation: ホテル日航奈良、奈良
  • Year and Date: 2010-09-13
• [Presentation] ATP-induced Dynamic Motion of Group II Chaperonin Detectedby Diffracted X-ray Tracking (2010)
  • Author(s): Ayumi Nakagawa, Kazuki Moriya, Hiroshi Sekiguchi, Yuji Sasaki, Masafumi Yohda
  • Organizer: International Symposium on Protein Community
  • Place of Presentation: ホテル日航奈良、奈良
  • Year and Date: 2010-09-13
• [Presentation] Thermococcus strain KS-1由来グループII型シャペロニンのステムループ領域の機能 (2010)
  • Author(s): 守谷和騎、中川あゆみ、神前太郎、養王田正文
  • 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、札幌
  • Year and Date: 2010-06-18
• [Presentation] 分裂酵母Schizosaccharomyces pombe由来Hsp90とコシャペロンの協調作用機構 (2010)
  • Author(s): 友成太一、石田眞理、阿部哲也、神前太郎、養王田正文
  • 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、札幌
  • Year and Date: 2010-06-18
• [Presentation] Role of the C terminal region of the group II chaperonin in the interaction with PFD (2010)
  • Author(s): Phan The Tai, Muhamad Sahlan, 養王田正文
  • 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、札幌
  • Year and Date: 2010-06-18
• [Presentation] 超好熱性古細菌由来II型シャペロニンの反応機構の速度論的解析 (2010)
  • Author(s): 中川あゆみ、神前太郎、守谷和騎、五十嵐圭日子、桑島邦博、養王田正文
  • 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、札幌
  • Year and Date: 2010-06-18
• [Presentation] 分子シャペロンをめぐる分子間相互作用の解析 (2010)
  • Author(s): 養王田正文、阿部哲也、Muhamad Sahlan、Phan The Tai、神前太郎、岡俊彦、座古保、前田端夫
  • 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、札幌(招待講演)
  • Year and Date: 2010-06-18