脳の機能を妨害する天然変性蛋白質とそれを標的とするアプタマーの分子認識機構の解明

• Project Area: Target recognition and expression mechanism of intrinsically disordered protein
• Project/Area Number: 24113710
• 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: Kyoto University
• Principal Investigator: 永田 崇 京都大学, エネルギー理工学研究所, 准教授 (10415250)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥11,830,000 (Direct Cost: ¥9,100,000、Indirect Cost: ¥2,730,000); Fiscal Year 2013: ¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000); Fiscal Year 2012: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
• Keywords: 天然変性蛋白質 / アプタマー / プリオン / アミロイド / NMR

Research Abstract

プリオンタンパク質（PrP）の正常型から異常型への構造変換を抑える活性を持つ抗プリオン核酸のスクリーニングを試みた。これまでPrPに対して強い結合能を持つRNAアプタマー、R12（GGAGGAGGAGGA）について構造、相互作用及び活性の解析を行ってきた。その結果、R12は四重鎖構造であるとともにダイマーを形成すること、これらのプロトマーが各々PrPのN端側にある天然変性領域（IDR）に含まれる2つの離れた部位PrP-BC1とPrP-BC2に結合すること、そして、PrP-BC1：R12結合、PrP-BC2：R12結合の自由エネルギーは加算的であり解離定数には積で効いていることを示した。本年度は以上を踏まえて、R12をタンデムに連結したR24；R12とR24のDNA版であるD12とD24；その他ヒトテロメア配列を有する三種類のDNA及びRNA版であるTERRAを、各々ヒトのプリオン病を感染させたマウス神経由来細胞に作用させ、それぞれについて抗プリオン活性を調べた。そして、R24の抗プリオン活性が最も高く、R12の5倍に達することを明らかにした。そこで新たに、R24と全長PrPの複合体について構造解析を開始した。近年、上記のPrP-BC2にアルツハイマー病の主原因であるアミロイドβ（Aβ）オリゴマーが結合し、その結果、脳の機能障害が引き起こされることが報告された。本年度はAβと全長PrPの複合体について構造及び相互作用解析を試みた。まずこれらのタンパク質は異なるpH条件で溶解することが明らかとなり、混合して結合実験を行うことが出来なかった。そこで、さまざまなコンストラクト及び溶液条件を検討した結果、2つのタンパク質を混合出来る条件を見出し、さらにNMRスペクトルを測定することが出来た。今後はさらに解析を進めることで、PrPとAβ、PrPとRNAアプタマーの分子認識機構の違いを明らかにし、天然変性領域のハブ機能に関する知見を得たい。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Quantitative analysis of location- and sequence-dependent deamination by APOBEC3G using real-time NMR spectroscopy (2014)
  • Author(s): Furukawa, A., Sugase, K., Morishita, R., Nagata, T., Kodaki, T., Takaori-Kondo, A., Ryo, A., Katahira, M.
  • Journal Title: Angew. Chem. Int. Ed. Engl. Volume: 53 Issue: 9 Pages: 2349-2352
  • DOI: 10.1002/anie.201309940
  • NAID: 120005647511
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Binding of an RNA aptamer and a partial peptide of a prion protein: Crucial importance of water entropy in molecular recognition (2014)
  • Author(s): Hayashi, T., Oshima, H., Mashima, T., Nagata, T., Katahira, M. and Kinoshita, M.
  • Journal Title: Nucleic Acids Res. Volume: -
  • NAID: 120005458275
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 1H, 13C, and 15N resonance assignments of the dsRBDs of mouse RNA helicase A (2013)
  • Author(s): Takashi Nagata T, Kengo Tsuda, Naohiro Kobayashi, Peter Guntert, Shigeyuki Yokoyama, and Yutaka Muto
  • Journal Title: Biomolecular NMR Assignment Volume: 7巻 Issue: 1 Pages: 69-72
  • DOI: 10.1007/s12104-012-9380-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Anti-prion activity of an RNA aptamer and its structural basis (2013)
  • Author(s): Mashima, T., Nishikawa, F., Kamatari Y. O., Fujiwara, H., Saimura, M., Nagata, T., Kodaki, T., Nishikawa, S., Kuwata, K., Katahira, M.
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 41 Issue: 2 Pages: 1355-1362
  • DOI: 10.1093/nar/gks1132
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] NMR study of xenotropic murine leukemia virus-related virus protease in a complex with amprenavir (2012)
  • Author(s): Ayako Furukawa, Hideyasu Okamura, Ryo Morishita, Satoko Matsunaga, Naohiro Kobayashi, Takahisa Ikegami, Tsutomu Kodaki, Akifumi Takaori-Kondo, Ryo Akihide, Takashi Nagata, Masato Katahira
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun. Volume: 24巻 Issue: 2 Pages: 284-289
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2012.07.083
  • NAID: 120004873605
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Statistical Thermodynamics for Binding of an RNA Aptamer and a Partial Peptide of a Prion Protein (2014)
  • Author(s): Tomohiko HAYASHI, Hiraku OSHIMA, Tsukasa MASHIMA, Takashi NAGATA, Masato KATAHIRA, Masahiro KINOSHITA
  • Organizer: 58th Annual Meeting of the Biophysical Society of USA
  • Place of Presentation: Moscone Center (USA)
• [Presentation] Statistical Thermodynamics for The Molecular Recognition Accompanied by a Global Structural Change of a Molecule (2014)
  • Author(s): Tomohiko HAYASHI, Hiraku OSHIMA, Tsukasa MASHIMA, Takashi NAGATA, Masato KATAHIRA, Masahiro KINOSHITA
  • Organizer: Nagoya Symposium on Deplection Forces: Celebrating the 60th Anniversary of the Asakura-Oosawa Theory
  • Place of Presentation: 名古屋大学（名古屋市）
• [Presentation] Molecular recognition between an aptamer and IDP that dirupts brain function (2013)
  • Author(s): 永田崇
  • Organizer: The 2nd International Symposium of Intrinsically Disordered Proteins
  • Place of Presentation: 理研横浜研究所（横浜市）
  • Year and Date: 2013-01-23
• [Presentation] NMR実時間計測法により抗ウィルス因子APOBEC3Gのシチジン脱アミノ化反応の配列依存性を評価する (2013)
  • Author(s): 神庭圭佑、 小瀧努、 永田崇、 片平正人
  • Organizer: 第13回日本蛋白質科学学会年会
  • Place of Presentation: とりぎん文化会館（鳥取市）
• [Presentation] プリオン蛋白質を標的とするＲＮＡアプタマーの認識メカニズムとその抗プリオン活性 (2013)
  • Author(s): 真嶋司，西川富美子，鎌足雄司，藤原弘道，遠藤美紗, 永田崇，小瀧努，西川諭，桑田一夫，片平正人
  • Organizer: 第13回 日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: とりぎん文化会館（鳥取市）
• [Presentation] 転写因子AML1を標的としたRNAアプタマーによるDNAの擬態 (2013)
  • Author(s): 天野亮，野村祐介，永田崇，森瑶子，福永淳一，田中陽一郎，片平正人，中村義一，神津知子，坂本泰一
  • Organizer: 第8回日本ケミカルバイオロジー学会
  • Place of Presentation: 東京医科歯科大学M&Dタワー（東京都）
• [Presentation] Mechanism of high affinity and anti-prion activity of anti-prion aptamer (2013)
  • Author(s): Tsukasa Mashima, Fomiko Nishikawa,Yuji O kamatari, Hiromichi Fujiwara, Masayuki Saimura, Takashi Nagata, Tsutomu Kodaki, Satoshi Nishikawa, Kazuo Kuwata, Masato Katahira
  • Organizer: The 10th Korea-Japan Bilateral Symposium on Biological NMR
  • Place of Presentation: ソール大学（韓国）
• [Presentation] The deamination of APOBEC3G is controlled by the sliding-direction-dependent catalytic activity, and anti-prion activity of an RNA aptamer and its structual basis (2013)
  • Author(s): Ayako Furukawa, Kenji Sugase, Ryo Morishita, Takashi Nagata, Akifumi Takaori-Kondo, Akihide Ryo, Tsukasa Mashima, Fomiko Nishikawa, Satoshi Nishikawa, Yuji Kamatari, Kazuo Kuwata, Masato Katahira
  • Organizer: The 10th Korea-Japan Bilateral Symposium on Biological NMR
  • Place of Presentation: ソール大学（韓国）
• [Presentation] カリウムイオンによって活性がスイッチングする四重鎖リボザイムの創製：四重鎖形成相補鎖によるスイッチング性能の向上 (2013)
  • Author(s): 山置佑大、真嶋司、永田崇、片平正人
  • Organizer: 第15回日本RNA学会年会
  • Place of Presentation: ひめぎんホール（松山市）
• [Presentation] 脳の機能を妨害する天然変性蛋白質とそれを標的とするアプタマーの分子認識機構の解明 (2013)
  • Author(s): 永田 崇
  • Organizer: 新学術領域研究「天然変性タンパク質の分子認識機構と機能発現」平成24年度 第4回 領域会議
  • Place of Presentation: ひだホテルプラザ（高山市）
  • Invited
• [Presentation] NMR analysis of the interaction between an artificial RNA and atranscription factor (2013)
  • Author(s): Ryo Amano, Yusuke Nomura, Takashi Nagata, Naohiro Kobayashi, Yoko Mori, Junichi Fukunaga, Yoichiro Tanaka, Masato Katahira, Yoshikazu Nakamura, Tomoko Kozu, taiichi Sakamoto
  • Organizer: The 4th International Symposium of Advanced Energy Science
  • Place of Presentation: 京都大学（宇治市）
• [Presentation] Structual description for the strong binding of the peptide selected by mRNA display to MDM2 (2013)
  • Author(s): Takashi Nagata, Kie Shirakawa, Naohiro Kobayashi, Hirokazu Shiheido, Masato Katahira, Kenishi Horisawa, Nobuhide Doi, Hiroshi Yanagawa
  • Organizer: 5th Asia-Pacific NMR Symposium
  • Place of Presentation: Brisbane Convention and Exhibition Centre (Australia)
• [Presentation] Statistical Thermodynamics for Binding of an RNA Aptamer and a Partial Peptide of a Prion Protein (2013)
  • Author(s): Tomohiko HAYASHI, Hiraku OSHIMA, Tsukasa MASHIMA, Takashi NAGATA, Masato KATAHIRA, Masahiro KINOSHITA
  • Organizer: 日本生物物理学会第51回年会
  • Place of Presentation: 京都大学（京都市）
• [Presentation] Aptamer that exerts anti-prion activity and intelligent ribozyme whose activity awitches in reponse to K+ (2013)
  • Author(s): Masato Katahira, Tsukasa Mashima, Yudai Yamaoki, Takashi Nagata, Fomiko Nishikawa, Satoshi Nishikawa, Yuji Kamatari, Kazuo Kuwata
  • Organizer: 日本生物物理学会第51回年会
  • Place of Presentation: 京都大学（京都市）
• [Presentation] Origin of the anti-prion activity of quadruplex (2013)
  • Author(s): Tsukasa Mashima, Fumiko Nishikawa, Yuji O. Kamatari, Masayuki Saimura, Takashi Nagata, Satoshi Nishikawa, Kazuo Kuwata, Masato Katahira
  • Organizer: The 40th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry 2013
  • Place of Presentation: 神奈川大学（横浜市）
• [Presentation] Dual-quadruplex forming ribozyme distinctly switches on its activity in response to K+ (2013)
  • Author(s): Yudai Yamaoki, Tsukasa Mashima, Takashi Nagata, Masato Katahir
  • Organizer: The 40th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry 2013
  • Place of Presentation: 神奈川大学（横浜市）
• [Presentation] Structural basis for the inhibition of MDM2:p53 interaction by highly selective MDM2-binding peptide obtained with IVV method (2013)
  • Author(s): Takashi Nagata, Kie Shirakawa, Naohiro Kobayashi, Hirokazu Shiheido, Masato Katahira, Kenishi Horisawa, Nobuhide Doi, Hiroshi Yanagawa
  • Organizer: 第52回日本核磁気共鳴学会
  • Place of Presentation: 石川県立音楽堂（金沢市）
• [Presentation] Multi-site binding of high affinity aptamers against AML1 Runt domain (2013)
  • Author(s): Ryo Amano, Yusuke Nomura, Takashi Nagata, Naohiro Kobayashi, Yoko Mori, Junishi Fukunaga, Yoichiro Tanaka, Masato Katahira, Yoshikazu Nakamura, Tomoko Kozu, Taiichi Sakamoto
  • Organizer: The 40th International Symposium on Nucleic Acids Chemistry 2013
  • Place of Presentation: 神奈川大学（横浜市）
• [Presentation] 神経系幹細胞の未分化状態維持に関わる Musashi1 タンパク質の機能発現の分子メカニズム (2013)
  • Author(s): 岩岡諒、 櫻井悠子、 鍵矢悦久、 今井貴雄、 岡野栄之、 永田崇、 片平正人
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（神戸市）
• [Presentation] Development of quadruplex hammerhead ribozyme which switches on its ribozyme activity: introduction of quadruplex-forming complementary DNA to repress a basal activity (2013)
  • Author(s): Yudai Yamaoki, Tsukasa Mashima, Takashi Nagata, Masato Katahira
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（神戸市）
• [Presentation] 四重鎖構造を形成する核酸の抗プリオン活性 (2013)
  • Author(s): 真嶋司、西川富美子、鎌足雄司、才村正幸、永田崇、西川諭、桑田一夫、片平正人
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（神戸市）
• [Presentation] ヒト抗ウィルス因子 APOBEC3G の基質認識機構及び Vif による APOBEC3G 阻害機構の解明に向けて (2013)
  • Author(s): 神庭圭佑、永田崇、片平正人
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（神戸市）
• [Presentation] mRNA ディスプレイ法により選択された高親和性MDM2結合ペプチドＭＩＰに基づくＭＤＭ2－ｐ53相互作用阻害剤の開発 (2013)
  • Author(s): 白川貴恵、永田崇、小林直弘、始平堂弘和、新倉啓介、片平正人、堀澤健一、土居信英、柳川弘志
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（神戸市）
• [Presentation] 転写因子AML1に対して複数の結合部位を持つ高親和性RNAアプタマーの解析 (2013)
  • Author(s): 天野亮、野村祐介、永田崇、森瑶子、福永淳一、田中陽一郎、片平正人、中村義一、神津知子、坂本泰一
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（神戸市）
• [Presentation] NMR Real-time Monitoring of the Deamination Reaction of Human Antiviral Factor APOBEC3G (2012)
  • Author(s): K.Kamba, A.Furukawa, T.Kodaki, T.Nagata, M.Katahira
  • Organizer: 第35回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場・マリンメッセ福岡（福岡市）
  • Year and Date: 2012-12-11
• [Presentation] Creation of Novl Ribozyme whose Activity Switches on in Response to K+ via Quadruples Formation (2012)
  • Author(s): Y.Yamaoki, T.Mashima, Y.Sakurai, Y.Hara, T.Kodaki, T.Nagata, M.Katahira
  • Organizer: 第35回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場・マリンメッセ福岡（福岡市）
  • Year and Date: 2012-12-11
• [Presentation] Strctural analysisi of RNA aptamer in complex with prion protein, and its anti-prion activity (2012)
  • Author(s): T.Mashima, F,Nishikawa, Y.Kamatari, H.Fujiwara, T.Nagata, T.Kodaki, S.Nishikawa, K.Kuwata. M.Katahira
  • Organizer: The 39th Internaional Symposium on Nucleic Acids Chemistry
  • Place of Presentation: 名古屋大学（名古屋市）
  • Year and Date: 2012-11-15
• [Presentation] Development of intelligent ribozyme whose activity switches on in response to K＋ｖia quadruplex formation (2012)
  • Author(s): Y.Yamaoki, T.Mashima, Y.sakurai, Y.hara, T.Nagata, M.katahira
  • Organizer: The 39th Internaional Symposium on Nucleic Acids Chemistry
  • Place of Presentation: 名古屋大学（名古屋市）
  • Year and Date: 2012-11-15
• [Presentation] プリオンタンパク質とRNAアプタマーの相互作用及び木質バイオマスの生分解のモニタリング (2012)
  • Author(s): 真嶋司、西村裕志、岡村英保、西川富美子、鎌足雄司、永田崇、西村諭、桑田一夫、渡辺隆司、片平正人
  • Organizer: 第51回NMR討論会
  • Place of Presentation: ウインクあいち（名古屋市）
  • Year and Date: 2012-11-08
• [Presentation] カリウムイオン依存的な四重鎖構造形成によって活性がオンになるインテリジェントリボザイムの創製 (2012)
  • Author(s): Y.Yamaoki, T.Mashima, Y.sakurai, Y.hara, T.Nagata, M.katahira
  • Organizer: 日本生物物理学会第50回年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（名古屋市）
  • Year and Date: 2012-09-22
• [Presentation] 抗HIV宿主因子 APOBEC3Gの位置依存的デアミネーション反応機構の解明 (2012)
  • Author(s): A.Furukawa, K.Sugase, R.Morishita, T.Nagata, A.Takaori, A.Ryo, M.Katahira
  • Organizer: 日本生物物理学会第50回年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（名古屋市）
  • Year and Date: 2012-09-22
• [Presentation] NMR法によるAPOBEC３Gデアミネース活性に関する研究 (2012)
  • Author(s): R.Iwaoka, S.Kitamura, K.Kanba, A.Furukawa, H.Okamura, W.Sugiura, T.Nagata, Y.Iwatani, M.Katahira
  • Organizer: 日本生物物理学会第50回年会
  • Place of Presentation: 名古屋大学（名古屋市）
  • Year and Date: 2012-09-20
• [Presentation] Anti-prion activity and it strucural basis of RNAaptamer, and sliding-direction-dependent deaminase activity of anti-HIV enzyme (2012)
  • Author(s): Mashima.T,Furukawa.A,Sugase.K,Fujiwara.H,Nishikawa.F,Morishita.R,Ryo.A,Kamatari.Y.Nagata.T,Nishikawa.S,Kuwata.K,Katahira.M
  • Organizer: XXV international Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems
  • Place of Presentation: Lyon Convention Centre (France)
  • Year and Date: 2012-08-19
• [Presentation] Sequence-specific RNA-recognition mechanism of Musashi1,neural and oncogenic RNA-binding protein (2012)
  • Author(s): Ohyama.T,Nagata.T,Tsuda.K,Kobayashi.N,Imai.T,Okano.H,Yamazaki.T,Katahira.M
  • Organizer: XXV international Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems
  • Place of Presentation: Lyon Convention Centre (France)
  • Year and Date: 2012-08-19
• [Presentation] Elucidation of the location-dependent deamination reaction mechanism of an anti-HIV factor,APOBEC3G (2012)
  • Author(s): Furukawa.A,Sugase.K.Morishita.R,Ryo.A,akaori.A,Nagata.T,Katahira.M
  • Organizer: XXV international Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems
  • Place of Presentation: Lyon Convention Centre (France)
  • Year and Date: 2012-08-19
• [Presentation] NMR analysis of the interaction between AML1 Runt domain and RNA aptamer (2012)
  • Author(s): Amano.R,Nomura.Y,Nagata.T,Fukunaga.J.Tanaka.Y.Katahira.M,Nakamura.Y,Kozu.T.Sakamoto.T
  • Organizer: XXV international Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems
  • Place of Presentation: Lyon Convention Centre (France)
  • Year and Date: 2012-08-19
• [Presentation] Anti-prion activity of RNA aptamer and the structural basis of its high affinity to prion protein (2012)
  • Author(s): Mashima,T,Nishikawa.F,Kamatari.Y,Fugiwara.H,Nagata.T,Kodaki.T,Nishikawa.S,Kuwata.K.Katahira.M
  • Organizer: Asia Pacific Prion symposium
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（横浜市）
  • Year and Date: 2012-07-29
• [Presentation] RNAアプタマーの抗プリオン活性とその構造的基礎 (2012)
  • Author(s): 真嶋司，西川富美子，鎌足雄司，藤原弘道，永田崇，小瀧努，西川諭，桑田一夫，片平正人
  • Organizer: 第14回日本RNA学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学（仙台市）
  • Year and Date: 2012-07-18
• [Presentation] カリウムイオン濃度を感知して活性がオンになるインテリジェントリボザイムの創製 (2012)
  • Author(s): 山置雄大，真嶋司，櫻井佑，原ゆかり，永田崇，片平正人
  • Organizer: 第14回日本RNA学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学（仙台市）
  • Year and Date: 2012-07-18
• [Presentation] 抗HIV宿主因子APOBE３Gの位置依存的デアミネーション反応機構の解明 (2012)
  • Author(s): 古川亜矢子，菅瀬謙治，森下了，粱明秀，高折晃史，永田崇，片平正人
  • Organizer: 日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場（名古屋市）
  • Year and Date: 2012-06-20