ＮＭＲによる折り畳み及びアミロイド形成前駆状態の特性化

• Project Area: Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
• Project/Area Number: 23107719
• 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: 櫻井 一正 大阪大学, たんぱく質研究所, 助教 (10403015)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥6,760,000 (Direct Cost: ¥5,200,000、Indirect Cost: ¥1,560,000); Fiscal Year 2012: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2011: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
• Keywords: 蛋白質 / 生物物理

Outline of Annual Research Achievements

蛋白質は折り畳み反応やアミロイド線維形成初期に中間状態をとることが知られている。中間状態構造の理解は、折り畳みやアミロイド線維形成過程を理解するうえで重要な情報である。一般的に中間体は不安定であるため、単離しての構造解析は難しい。しかし、NMRのいくつかの方法で中間体の構造情報を得ることができる。そこで、これら方法を用い、（A）折り畳みや（B）アミロイド線維形成中間体の構造情報を得ることを本課題の目的とした。
（A）βラクトグロブリン（βLG）の折り畳み中間体の構造解析：
βLGは折り畳みの過程で折り畳み中間体が表れ、アミノ酸変異を導入するとこの中間体構造が変化することが分かっている。そこでこれら変異体の天然状態の安定性、折り畳み中間体構造、折り畳み初期の構造形成部位の同定のためにそれぞれ、重水素交換実験、パルスラベル重水素交換、尿素変性条件の緩和速度測定を行った。その結果、天然のβLGは折り畳みが特定の部位から秩序だって形成されているのに対し、変異体ではその秩序が崩れ、結果として折り畳み効率が減少していることが分かった。
（B）β2ミクログロブリン（β2m）フラグメントの運動性とアミロイド線維形成能の相関：
申請者の研究室では以前、β2mの酵素消化により得られた9種類のフラグメントのうち、2つの領域でアミロイド線維形成能を持つことを報告した。そこでこれらのペプチドの緩和解析から中間体の構造を調べ、凝集性の関係を明らかにすることを目的とした。安定同位体標識されたβ2mを発現、酵素消化し、各フラグメントを得たのち、NMRを用いて得られたフラグメントの運動性の尿素濃度依存性を測定した。その結果、アミロイド形成能を持つペプチド配列は、高い尿素濃度の時点で運動の束縛が見られることが分かり、運動性とアミロイド線維形成能の相関があることを示した。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Principal component analysis of chemical shift perturbation data of a multiple-ligand-binding system for elucidation of respective binding mechanism. (2013)
  • Author(s): Konuma, T., Lee, Y.-H., Goto, Y. & Sakurai, K.
  • Journal Title: Proteins Volume: 81 Issue: 1 Pages: 107-118
  • DOI: 10.1002/prot.24166
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Distinguishing crystal-like amyloid fibrils and glass-like amorphous aggregates from their kinetics of formation (2012)
  • Author(s): Yoshimura Y
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A Volume: 109 Issue: 36 Pages: 14446-14451
  • DOI: 10.1073/pnas.1208228109
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A back hydrogen exchange procedure via the acid-unfolded state for a large protein (2012)
  • Author(s): Suzuki M, Sakurai K, Lee YH, Ikegami T, Yokoyama K, Goto Y
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 51 Issue: 28 Pages: 5564-5570
  • DOI: 10.1021/bi300495p
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The monomer-seed interaction mechanism in the formation of the β2-microglobulin amyloid fibril clarified by solution NMR techniques. (2012)
  • Author(s): Yanagi K
  • Journal Title: J. Mol. Biol. Volume: 422 Issue: 3 Pages: 390-402
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2012.05.034
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A circumventing role for the non-native intermediate in the folding of beta-lactog lobulin (2011)
  • Author(s): Sakurai, K., Fujioka, S., Konuma, T., Yagi, M., Goto, Y.
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 50 Issue: 29 Pages: 6498-6507
  • DOI: 10.1021/bi200241a
  • Peer Reviewed
• [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] 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
• [Presentation] アミロイド線維研究における分析用超遠心、熱量計、密度計の応用例 (2013)
  • Author(s): 櫻井 一正（阪大・蛋白研）
  • Organizer: 生体分子相互作用解析フォーラム 第３回ワークショップ
  • Place of Presentation: 東京都港区芝公園 芝パークビルB館3階
  • Invited
• [Presentation] Relationship between polypeptides' amyloidogenicity and their dynamics (2012)
  • Author(s): 櫻井 一正1、柳 浩太郎1、武田 真星1、吉村 優一1、小沼 剛2、李 映昊1、菅瀬 謙治2、池上 貴久1、内木 宏延3、後藤 祐児1（1阪大・蛋白研、2サントリー生命科学財団、3福井大・医）
  • Organizer: 新学術領域研究「揺らぎと生体機能」 第6回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都テルサ
  • Year and Date: 2012-12-05
  • Invited
• [Presentation] βラクトグロブリンの折り畳みストラテジー (2012)
  • Author(s): 櫻井 一正1、北山 寛貴1、八木 正典2、池上 貴久1、西村 千秋3、後藤 祐児1（1阪大・蛋白研、2阪大・微研、3帝京平成大・薬）
  • Organizer: 第51回NMR討論会
  • Place of Presentation: ウインクあいち
  • Year and Date: 2012-11-08
• [Presentation] Distinguishing crystal-like amyloid fibrils and glass-like amorphous aggregates from their kinetics of formation (2012)
  • Author(s): 吉村 優一1、林 雨曦1、八木 寿梓1、李 映昊1、北山 寛貴1、櫻井 一正1、宗 正智1、荻 博次2、内木 宏延3、後藤 祐児1（1阪大・蛋白研、2阪大・基礎工、3福井大・医）
  • Organizer: 第50回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学東山キャンパス
  • Year and Date: 2012-09-22
• [Presentation] β2ミクログロブリン部分ペプチドの運動性とアミロイド線維形成能との相関 (2012)
  • Author(s): 武田 真星1、櫻井 一正1、池上 貴久1、内木 宏延2、後藤 祐児1（1阪大・蛋白研、2福井大・医）
  • Organizer: 第50回日本生物物理学会
  • Place of Presentation: 名古屋大学東山キャンパス
  • Year and Date: 2012-09-22
• [Presentation] Characterization of the Folding Intermediates and the Native States of β-Lactoglobulin and Its Folding Mutants (2012)
  • Author(s): 櫻井 一正1、八木 正典2、池上 貴久1、西村 千秋3、後藤 祐児1（1阪大・蛋白研、2阪大・微研、3帝京平成大・薬）
  • Organizer: XXVth International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems
  • Place of Presentation: Lyon Convension Centre, France
  • Year and Date: 2012-08-19
• [Presentation] 細胞外シャペロンによるアミロイド線維形成抑制機構の解明 (2012)
  • Author(s): 小澤 大作1、長谷川 一浩1、李 映昊2、櫻井 一正2、柳 浩太郎2、大越 忠和1、後藤 祐児2、内木 宏延1（1 福井大・医、2大阪大・蛋白研）
  • Organizer: 第12回日本蛋白質学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2012-06-20
• [Presentation] アミロイド線維形成時に現れる過渡的中間体のキャラクタリゼーション (2012)
  • Author(s): 柳 浩太郎1、櫻井 一正1、吉村 優一1、小沼 剛2、李 映昊1、菅瀬 謙治2、池上 貴久1、内木 宏延3、後藤 祐児1（1大阪大・蛋白研、2サントリー生命科学財団、3福井大・医）
  • Organizer: 第12回日本蛋白質学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2012-06-20
  • Invited
• [Presentation] ウシβラクトグロブリンの非天然折り畳み中間体はスムーズな折り畳みに寄与する (2012)
  • Author(s): 櫻井 一正1、藤岡 俊輔1、小沼 剛1、八木 正典2、後藤 祐児1(1阪大・蛋白研、2阪大・微研)
  • Organizer: 第12回日本蛋白質学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2012-06-20
• [Presentation] A circumventing role for the non-native intermediate in the folding of β-lactoglobulin (2012)
  • Author(s): 櫻井 一正、藤岡 俊輔、小沼 剛、八木 正典、後藤 祐児(阪大・蛋白研）
  • Organizer: BIT's 2nd Annual World Congress of Molecular Cell Biology-2012
  • Place of Presentation: Beijing International Convention Center, China
  • Year and Date: 2012-05-18
  • Invited
• [Presentation] Applications of solution NMR techniques for the elucidation of the mechanism of the amyloid fibril formation (2012)
  • Author(s): 櫻井一正
  • Organizer: International Symposium : Protein Dynamics and Function-NMR researches toward drug design
  • Place of Presentation: 立命館大学びわこ・くさつキャンパス(招待講演)
  • Year and Date: 2012-01-30
• [Presentation] 一分子計測法によるβ-ラクトグロブリンの観測 (2011)
  • Author(s): 安藤詞音、小井川浩之、鎌形清人、櫻井一正、後藤祐児、高橋聡
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学姫路書写キャンパス
  • Year and Date: 2011-09-18
• [Presentation] ヘキサフルオロイソプロパノールによるIAPPのアミロイド線維形成 (2011)
  • Author(s): 柳浩太郎、芦崎瑞恵、八木寿梓、櫻井一正、李映昊、後藤祐児
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学姫路書写キャンパス
  • Year and Date: 2011-09-16
• [Presentation] The monomer-seed interaction mechanism in the formation of the β2-microglobulin amyloid fiberil clarified by solution NMR techuniques (2011)
  • Author(s): 櫻井一正、柳浩太郎、吉村優一、小沼剛、李映昊、菅瀬謙治、池上貴久、内木宏延、後藤祐児
  • Organizer: The 3rd Asia Pacific Protein Association conference
  • Place of Presentation: Shanghai University, China
• [Presentation] Ultrasonication-dependent acceleration of the formation of amyuloid fibrils (2011)
  • Author(s): 宗正智、八木寿梓、櫻井一正、荻博次、内木宏延、後藤祐児
  • Organizer: The 3rd Asia Pacific Protein Association conference
  • Place of Presentation: Shanghai University, China
• [Presentation] Direct observation of minimum-sized amyloid fibrils using solution NMR spectros copy (2011)
  • Author(s): 吉村優一、櫻井一正、李映昊、池上貴久、茶谷絵理、内木宏延、後藤祐児
  • Organizer: The 3rd Asia Pacific Protein Association conference
  • Place of Presentation: Shanghai University, China
• [Presentation] Hexafluoroisopropanol induces amyloid fibrils of islet amyloid polypeptide by enhancing both hydrophobic and electrostatic interactions (2011)
  • Author(s): 後藤祐児、柳浩太郎、芦崎瑞恵、八木寿梓、櫻井一正、李映昊
  • Organizer: The 3rd Asia Pacific Protein Association conference
  • Place of Presentation: Shanghai University, China
• [Presentation] 溶液NMRによるβ2ミクログロブリンアミロイド線維形成のモノマー-線維核相互作用機構の解明 (2011)
  • Author(s): 櫻井一正、柳浩太郎、吉村優一、小沼剛、菅瀬謙治、池上貴久、内木宏延、後藤祐児
  • Organizer: 第11回日本蛋白質学会年会
  • Place of Presentation: ホテル阪急エキスポパーク
• [Presentation] 伸長反応中間体の観察によるアミロイド構造伝播機構の解明 (2011)
  • Author(s): 茶谷絵理、小沼剛、大西玲奈、八木正典、櫻井一正、池上貴久、内木宏延、後藤祐児
  • Organizer: 第11回日本蛋白質学会年会
  • Place of Presentation: ホテル阪急エキスポパーク
• [Presentation] ヘキサフルオロイソプロパノールによるIAPPのアミロイド線維形成 (2011)
  • Author(s): 柳浩太郎、芦崎瑞恵、八木寿梓、櫻井一正、李映昊、後藤祐児
  • Organizer: 第11回日本蛋白質学会年会
  • Place of Presentation: ホテル阪急エキスポパーク
• [Presentation] 超音波によるアミロイド線維形成促進 (2011)
  • Author(s): 宗正智、八木寿梓、櫻井一正、荻博次、内木宏延、後藤祐児
  • Organizer: 第11回日本蛋白質学会年会
  • Place of Presentation: ホテル阪急エキスポパーク
• [Presentation] 超音波処理下で作製した微細アミロイド線維の構造及び物性のキャラクタリゼーション (2011)
  • Author(s): 吉村優一、櫻井一正、八木寿梓、宗正智、李映昊、荻博次、内木宏延、後藤祐児
  • Organizer: 第11回日本蛋白質学会年会
  • Place of Presentation: ホテル阪急エキスポパーク
• [Remarks] 大阪大学蛋白質研究所 蛋白質構造形成研究室
  • URL: http://www.protein.osaka-u.ac.jp/physical/yoeki.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.protein.osaka-u.ac.jp/physical/yoeki.html