変性タンパク質の動的多様構造の新規解析法の開発

• Project Area: Target recognition and expression mechanism of intrinsically disordered protein
• Project/Area Number: 22113501
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 鎌形 清人 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (90432492)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥11,310,000 (Direct Cost: ¥8,700,000、Indirect Cost: ¥2,610,000); Fiscal Year 2011: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2010: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
• Keywords: 天然変性タンパク質 / チトクロムc / 一分子蛍光観察 / p53 / 原子間力顕微鏡 / 走査型トンネル顕微鏡

Research Abstract

本研究は、一分子レベルで変性タンパク質の主鎖の形とダイナミクスを観測する手法の開発を通して、変性タンパク質の動的な構造多様性を明らかにすることを目的とした。昨年度に引き続き、鎌形らが開発した一分子蛍光装置を用いて、変性剤で変性させたチトクロムcの構造とダイナミクスの観測を行った。3つの変性剤濃度条件で蛍光色素Atto532を修飾したチトクロムcの一分子計測を行った結果、少なくとも3つの状態が存在し、観測頻度の多い2つの状態が顕著に変性剤濃度依存性を示した。そのうち、蛍光強度の弱い状態は変性剤の増加ともに観測頻度が減ることから、特定の部分構造を持つと推測された。一方、蛍光強度が強い状態は、変性剤の増加とともに観測頻度が増えることから、ほどけた構造を持つと考えられた。次に、蛍光強度の消光を引き起こす因子を特定するために、ヘムを除去した変異体で一分子測定を行った。その結果、ヘムだけでなく、トリプトファンなどのアミノ酸によっても、消光が起こることが明らかになった。以上から、変性チトクロムcは、少なくとも3つの状態に分類され、その構造的な特徴を明らかにすることに成功した。次に、原子間力顕微鏡と走査型トンネル顕微鏡を用いて、がん抑制因子であるp53の一分子構造解析を行った。原子間力顕微鏡に用いて、金基板上に固定したp53分子の画像データを取得し、解析を行ったところ、様々な会合体が観測された。生理的な条件下で存在する4量体に着目したところ、多様な構造をとることが明らかになった。今後、様々な条件下でデータを取得することで、p53の機能の解明への展開が期待される。

Research Products

• [Journal Article] 新技術によるタンパク質研究の新展開 (2012)
  • Author(s): 鎌形清人
  • Journal Title: 生物物理 Volume: 52 Pages: 104-105
  • NAID: 10030134726
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Staring at a Protein : Ensemble and Single Molecule Investigations on Protein Folding Dynamics (2012)
  • Author(s): Takahashi, S., Kamagata, K.
  • Journal Title: Single-Molecule Biophysics : Experiment and Theory in Adv.Chem.Phys Volume: 146 Pages: 3-22
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 一分子蛍光観察法を用いたタンパク質フォールディングの解明 (2011)
  • Author(s): 小井川浩之、鎌形清人、高橋聡
  • Journal Title: 高分子 Volume: 60 Pages: 801-803
  • NAID: 10029795631
• [Journal Article] 新しいタンパク質科学の可能性-新時代を切り拓くマルチタレントDavid Baker- (2011)
  • Author(s): 鎌形清人、高橋聡
  • Journal Title: 化学(化学同人) Volume: 1 Pages: 68-69
• [Presentation] Exploring The Energy Landscape of Denatured Protein Using Time-series Detection of Fluorescence of Free Single Molecules (2012)
  • Author(s): Kiyoto Kamagata, Toshifumi Kawaguchi, Akinori Baba, Yoshihiro Sambongi, Tamiki Komatsuzaki, Satoshi Takahashi
  • Organizer: International Symposium on Innovative Nanobiodevices ISIN 2012
  • Place of Presentation: Nagoya
• [Presentation] Folding dynamics of cytochrome c551 studied by long time observation of fluorescence time series from single molecules (2012)
  • Author(s): Toshifumi Kawaguchi, Kiyoto Kamagata, Hiroyuki Oikawa, Yoshihiro Sambongi, Satsohi Takahashi
  • Organizer: 日本化学会第92春季年会
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] 蛋白質一分子の構造ダイナミクス解析 (2012)
  • Author(s): 鎌形清人
  • Organizer: 「水和とATP」サテライトミーティング蛋白質折り畳みの理解に向けた一分子基礎科学を目指して
  • Place of Presentation: 仙台(招待講演)
• [Presentation] 新規一分子FRET計測技術によるABCトランスポーターのATP加水分解機構の解析 (2012)
  • Author(s): 中野駿介, 七谷圭, 古田忠臣, 櫻井実, 魚住信之, 高橋聡, 鎌形清人
  • Organizer: 新学術領域研究「水を主役としたATPエネルギー変換」
  • Place of Presentation: 仙台
• [Presentation] 変性タンパク質の動的多様構造の新規一分子解析法の開発 (2012)
  • Author(s): 鎌形清人
  • Organizer: 新学術領域研究「天然変性タンパク質の分子認識と機能発現」第2回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪(招待講演)
• [Presentation] 走査プローブ顕微鏡による癌抑制因子p53の一分子解析 (2012)
  • Author(s): 高橋聖弥, 道祖尾恭之, 鹿島理沙, 時野隆至, 米田忠弘, 高橋聡, 鎌形清人
  • Organizer: 新学術領域研究「天然変性タンパク質の分子認識と機能発現」第2回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 大阪
• [Presentation] Single-molecule diffusion mesurement of a GroEL-binding peptide (2012)
  • Author(s): Suguru Watanabe, Shion Ando, Kiyoto Kamagata, Hideki Taguchi, Satoshi Takahashi
  • Organizer: 新学術領域研究「揺らぎが機能を決める生命分子の科学」第5回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 奈良
• [Presentation] Single-molecule dynamics of MsbA, a member ofABC transporter (2012)
  • Author(s): Shunsuke Nakano, Kei Nanatani, Kiyoto kamagata, Nobuyuki Uozumi, Satoshi Takahashi
  • Organizer: 新学術領域研究「揺らぎが機能を決める生命分子の科学」第5回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 奈良
• [Presentation] Microsecond-Resolved Time Traces of Protein Conformational Changes by Single-Molecule Fluorescence Detection (2012)
  • Author(s): Hiroyuki Oikawa, Kiyoto Kamagata, Issei Iijima, Takahiro Hohsaka, Satoshi Takahashi
  • Organizer: 新学術領域研究「揺らぎが機能を決める生命分子の科学」第5回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 奈良
• [Presentation] マイクロ秒分解一分子蛍光検出による蛋白質構造変化の追跡 (2011)
  • Author(s): 小井川浩之、鎌形清人、飯島一生、芳坂貴弘、高橋聡
  • Organizer: 第11回東北大学多元物質科学研究所研究発表会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2011-12-08
• [Presentation] 新規一分子蛍光観察法は蛋白質の折り畳みを解き明かす (2011)
  • Author(s): 鎌形清人、高橋聡
  • Organizer: 第13回生命化学研究会シンポジウム「生命・生体を医学・化学する」
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2011-01-07
• [Presentation] 大腸菌トランスポーターMsbAの一分子計測 (2011)
  • Author(s): 中野駿介、七谷圭、鎌形清人、魚住信之、高橋聡
  • Organizer: 第37回日本生体エネルギー研究会シンポジウム生体エネルギー論の再発見
  • Place of Presentation: 京都
• [Presentation] 新規一分子蛍光観測法による蛋白質の折り畳みのエネルギー地形の解明 (2011)
  • Author(s): 鎌形清人、馬場昭典、小松崎民樹、高橋聡
  • Organizer: CREST「生命現象の解明と応用に資する新しい計測・分析基盤技術」研究領域シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
• [Presentation] タンパク質フォールディングと一分子時系列解析 (2011)
  • Author(s): 鎌形清人、高橋聡
  • Organizer: 蛋白研セミナー「タンパク質科学の未来を語る～実験・理論研究者の対話～」
  • Place of Presentation: 大阪(招待講演)
• [Presentation] Imaging and tracking of single BLG molecules in solution (2011)
  • Author(s): Sion Ando, Hiroyuki Oikawa, Kiyoto Kamagata, Kazumasa Sakurai, Yuji Goto, Satoshi Takahashi
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 姫路
• [Presentation] Microsecond-resolved time traces of protein conformational change by single-molecule fluorescence detection (2011)
  • Author(s): Hiroyuki Oikawa, Kiyoto Kamagata, Issei Iijima, Takahiro Hohsaka, Yoshihiro Sambongi, Satoshi Takahashi
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 姫路(招待講演)
• [Presentation] Additives inhibiting the bleaching of fluorophores for the oong-time fluorescence observation of single proteins (2011)
  • Author(s): Hironao Itabashi, Eriko Mano, Hiroyuki Oikawa, Yasuyuki Araki, Kiyoto Kamagata, Takehiko Wada, Satoshi Takahashi
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 姫路
• [Presentation] Energy landscape of denatured protein revealed by a new singe-molecule fluorescence method (2011)
  • Author(s): Kiyoto Kamagata, Toshifumi Kawaguchi, Akinori Baba, Yoshihiro Sambongi, Tamiki Komatsuzaki, Satoshi Takahashi
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 姫路
• [Presentation] Submillisecond dynamics of protein folding and ligand binding detected by the line conforcal microscopy (2011)
  • Author(s): Hiroyuki Oikawa, Kiyoto Kamagata, Issei Iijima, Takahiro Hosaka, Yoshihiro Sambongi, Satoshi Takahashi
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 姫路
• [Presentation] Imaging and tracking of single BLG molecules in solution (2011)
  • Author(s): Shion Ando, Hiroyuki Oikawa, Kiyoto Kamagata, Kazumasa Sakurai, Yuji Goto, Satoshi Takahashi
  • Organizer: グローバルCOEサマースクールシンポジウム(iremc分子系高次構造体化学国際教育研究拠点)
  • Place of Presentation: 仙台
• [Presentation] Single-Molecule Dynamics of MsbA, a member of ABC transporter (2011)
  • Author(s): Shunsuke Nakano, Kei Nanatani, Kiyorto Kamagata, Nobuyuki Uozumi, Satoshi Takahashi
  • Organizer: グローバルCOEサマースクールシンポジウム(iremc分子系高次構造体化学国際教育研究拠点)
  • Place of Presentation: 仙台
• [Presentation] 変性タンパク質の動的多様性の新規解析法の開発 (2011)
  • Author(s): 鎌形清人
  • Organizer: 天然変性タンパク質の分子認識機構と機能発現第2回領域会議
  • Place of Presentation: 宮崎(招待講演)
• [Presentation] マイクロ秒分解一分子蛍光検出による蛋白質構造変化の追跡 (2011)
  • Author(s): 小井川浩之、鎌形清人、飯島一生、芳坂貴弘、高橋聡
  • Organizer: 第38回生体分子科学討論会
  • Place of Presentation: 筑波
• [Presentation] Exploration of energy landscape of protein folding using a novel single-molecule fluorescence method (2011)
  • Author(s): Kiyoto Kamagata
  • Organizer: The Complexity of Dynamics and Kinetics in Many Dimensions
  • Place of Presentation: Telluride USA(招待講演)
• [Presentation] 新規一分子蛍光観測法による蛋白質の自由エネルギー地形の解析 (2011)
  • Author(s): 鎌形清人、川口敏史、馬場昭典、三本木至宏、小松崎民樹、高橋聡
  • Organizer: 第11回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 大阪(招待講演)
• [Presentation] マイクロ秒分解一分子蛍光検出による蛋白質構造変化の追跡 (2011)
  • Author(s): 小井川浩之、鎌形清人、飯島一生、芳坂貴弘、高橋聡
  • Organizer: 第11回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 大阪
• [Presentation] Flow and Stop Protocol for the Long-Time Observation of Fluorescence from Single Molecules : Application to the Time-Series Analysis of Protein Folding (2011)
  • Author(s): Kiyoto Kamagata, Akinori Baba Tamiki Komatsuzaki, Satoshi Takahashi
  • Organizer: 55th Annual Meeting Biophysical Society
  • Place of Presentation: Maryland, USA
• [Presentation] 蛋白質一分子の長時間蛍光観察法の開発:蛋白質の折り畳みへの応用 (2010)
  • Author(s): 鎌形清人、高橋聡
  • Organizer: 第10回東北大学多元物質科学研究所研究発表会
  • Place of Presentation: 東北大学
  • Year and Date: 2010-12-01
• [Presentation] 一分子蛍光検出による蛋白質折り畳みのマイクロ秒分解時間追跡 (2010)
  • Author(s): 小井川浩之、鎌形清人、高橋聡
  • Organizer: 揺らぎと生体機能第4回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 滋賀
• [Presentation] 蛋白質一分子の長時間蛍光観察:蛋白質の折り畳みへの応用 (2010)
  • Author(s): 鎌形清人、高橋聡
  • Organizer: 特定領域研究「高次系分子科学」第4回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東北大学
• [Presentation] 一分子蛍光検出による蛋白質折り畳みのマイクロ秒分解時間追跡 (2010)
  • Author(s): 小井川浩之、鎌形清人、高橋聡
  • Organizer: 特定領域研究「高次系分子科学」第4回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東北大学
• [Presentation] Long-time observation of a single molecule trapped in a capillary cell : application for protein folding (2010)
  • Author(s): Kiyoto Kamagata, Akinori Baba, Tamiki Komatsuzaki, Satoshi Takahashi
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学
• [Presentation] 一分子蛍光検出による蛋白質折り畳みのマイクロ秒分解時間追跡 (2010)
  • Author(s): 小井川浩之、鎌形清人、高橋聡
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学
• [Presentation] 一分子測定法によるβ-ラクトグロブリンの蛍光強度変化と拡散の観察 (2010)
  • Author(s): 安藤詞音、小井川浩之、櫻井一正、後藤祐児、鎌形清人、高橋聡
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学
• [Presentation] 高時間分解能一分子測定による緑膿菌由来シトクロムcの変性状態内の運動観察 (2010)
  • Author(s): 川口敏文、鎌形清人、小井川浩之、三本木至宏、高橋聡
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学
• [Presentation] 二重標識したマルトース結合タンパク質の基質結合の一分子観察 (2010)
  • Author(s): 矢田哲也、山森明弘、飯島一生、芳坂貴弘、小井川浩之、鎌形清人、高橋聡
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学
• [Presentation] 新規蛍光一分子観測装置による膜輸送体の動的構造の観測に向けて (2010)
  • Author(s): 鎌形清人、高橋聡
  • Organizer: 特定領域「高次系分子科学」第9回ミニ公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 広島
• [Presentation] Single Molecule Investigation of the Denatured State Dynamics of Cytochrome c in the Time Domain from 100μs to 1s (2010)
  • Author(s): Satoshi Takahashi, Hiroyuki Oikawa, Kiyoto Kamagata
  • Organizer: The 24th Annual Symposium of The Protein Society
  • Place of Presentation: San Diego, USA
• [Presentation] キャピラリー内トラップによる一分子長時間測定法の開発:蛋白質の折り畳みへの応用 (2010)
  • Author(s): 鎌形清人、高橋聡
  • Organizer: 第10回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 札幌