アミロイド異常凝集体の形成機構と制御

• Project Area: Protein community: organization and maintenance of protein functions
• Project/Area Number: 22020022
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• 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): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥6,400,000 (Direct Cost: ¥6,400,000); Fiscal Year 2011: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2010: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
• 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 / 超音波 / 蛍光顕微鏡 / NMR

Research Abstract

蛋白質は、アミロイド線維に代表される異常凝集体を形成して蛋白質社会の秩序を破綻させる。蛋白質社会を理解するには、「アミロイド線維の構造や形成機構をリアルタイムと原子レベルの分解能で解析し、線維形成の分子基盤を解明すること」が必要である。「超音波照射」、「重水素交換-NMR解析」、「全反射蛍光顕微鏡を用いた一線維・リアルタイム解析」などと組み合せることにより、アミロイド線維の構造と構造物性、形成機構を研究した。
(1)NMRによる構造解析:超音波処理を利用によって分子量200万の微細均質アミロイド線維を作製する方法を開発した。特にβ2ミクログロブリンのアミロイド線維に適用して、アミロイド線維の構造と揺らぎの解析をおこなった。その結果、N末端領域が壊れた構造をとっていることを明らかにした。更に、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進めた。溶液状態では比較的コンパクトな前駆体が、より広がった変性構造を形成することによって、アミロイド線維の側面に結合することを示した。
(2)全反射蛍光顕微鏡を用いて、アミロイド線維の形成反応や伝播現象を、一線維レベル、リアルタイムで解析した。Islet Amyloid Polypeptideにおいて、アミロイド線維形成と不定形凝集の関係を明らかにした。また、2種類の蛍光試薬を用いることによって、アミロイド蛋白質が、既存のアミロイド線維の側面に結合した中間体を検出できることを示した。
(3)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。アミロイドは、過飽和条件下で比較的短いペプチドや蛋白質が析出することによって形成する固体構造であること、過飽和が全体の反応を支配する重要な因子であることを見出した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

蛋白質異常凝集体は、蛋白質社会の秩序を破たんさせる。タミロイド線維を中心とする蛋白質異常凝集体の形成機構を解析して、「溶解度」と「過飽和」が異常凝集を理解する新たな概念であることを提唱した。さらに関連する研究分野を発展させるための基盤を構築した。

Strategy for Future Research Activity

本研究をより発展させるために新学術領域研究「蛋白質異常凝集の原理と制御」(領域代表者、後藤祐児)を申請し、研究の更なる発展と推進を図っている。

Research Products

• [Journal Article] Ultrasonication-dependent acceleration of amyloid fibril formation (2011)
  • Author(s): So, M., et al., Goto, Yuji
  • Journal Title: J.Mol.Biol. Volume: 412(4) Issue: 4 Pages: 568-577
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2011.07.069
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Destruction of amyloid fibrils of keratoepithelin peptides by laser irradiation coupled with amyloid-specific thioflavin T. (2011)
  • Author(s): Ozawa, D., et al., Goto, Yuji
  • Journal Title: J.Biol.Chem. Volume: 286(12) Issue: 12 Pages: 10856-10863
  • DOI: 10.1074/jbc.m111.222901
  • NAID: 120006557644
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hexafluoroisopropanol induces amyloid fibrils of islet amyloid polypeptide by enhancing both hydrophobic and electrostatic interactions (2011)
  • Author(s): Yanagi, K., et al., Goto, Yuji
  • Journal Title: J.Biol.Chem. Volume: 286(27) Issue: 27 Pages: 23959-23966
  • DOI: 10.1074/jbc.m111.226688
  • NAID: 120006557643
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Laser-induced propagarion and destruction of amyloid β fibrils. (2010)
  • Author(s): Yagi, Hisashi ; Goto, Yuji
  • Journal Title: J.Biol.Chem. Volume: 285(25) Pages: 19660-19667
  • 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
• [Presentation] 蛋白質のフォールディングと異常凝集の一般原理の解明を目指して (2011)
  • Author(s): 後藤祐児
  • Organizer: 関西学院大学・理工学部50周年記念講演会、文科省オープン・リサーチセンター成果報告会「ナノマテリアルと生体分子の物理化学」
  • Place of Presentation: 関西学院大学、西宮(招待講演)
  • Year and Date: 2011-10-08
• [Presentation] Toward understanding a unifying principle of protein folding and aggregation (2011)
  • Author(s): 後藤祐児
  • Organizer: The First Korean Protein Society Symposium
  • Place of Presentation: Seoul National University, Seoul, Korea
  • Year and Date: 2011-09-23
• [Presentation] 蛋白質のフォールディングとアミロイド線維形成 (2011)
  • Author(s): 後藤祐児
  • Organizer: 日本物理学会2011年周期大会シンポジウム「巨大分子～サブミクロン粒子の自己集積」
  • Place of Presentation: 富山大学、富山(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-21
• [Presentation] Toward understanding a unifying principle of protein folding and aggregation (2011)
  • Author(s): 後藤祐児
  • Organizer: International Symposium of the Protein Society of Thailand
  • Place of Presentation: Chulabhorn Conference Center, Bangkok, Thailand(招待講演)
  • Year and Date: 2011-08-31
• [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
• [Remarks]
  • URL: http://www.protein.osaka-u.ac.jp/physical/yoeki.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.protein.osaka-u.ac.jp/physical/yoeki.html