シャペロニンの構造揺らぎとフォールディング介助機能

2012 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
• Project/Area Number: 20107009
• Research Institution: National Institutes of Natural Sciences Okazaki Research Facilities
• Principal Investigator: 桑島 邦博 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設), 岡崎統合バイオサイエンスセンター, 教授 (70091444)
• Project Period (FY): 2008-04-01 – 2013-03-31
• Keywords: 生物物理 / 分子機械 / 分子認識 / 生体分子 / 蛋白質 / 分子シャペロン / アロステリック転移 / シャペロニン

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、ジメチルスルフォキシド（DMSO）停止水素重水素（H/D）交換法と二次元NMRを利用して、さまざまなシャペロニン複合体中のGroESの水素交換反応を追跡し、その生物機能が構造揺らぎをどのように利用しているかを明らかにする。平成24年度は以下の研究を行った。
昨年度までに帰属を終えた約70 個のアミド水素信号を対象に、DMSO停止H/D交換法を用いて、遊離15N標識GroES 7量体のH/D交換反応を追跡した。また、遅く交換するアミド水素は、既に、TROSY HSQCスペクトルを用いて解析を終えている。その結果、GroESの94個のペプチド・アミド水素中33個の交換反応を定量的に求め、それらの水素交換保護因子（Pf）を決定した。残りの61残基については、水素交換反応速度定数の下限が求められた。最も強く保護されているアミド水素のPf は10の6乗から7乗のオーダーであり、通常の球状蛋白質のPf と同程度であったが、Pf 10の6乗以上の非常に強く保護されたアミド水素の数はわずか10個で、通常の小さな球状蛋白質について知られている数よりも著しく少なかった。このことは、7量体GroES中のかなりの部分がフレキシブルで天然変性状態にあることを示している。Pf 10の5乗以上の強く保護されたアミノ酸残基は疎水性コアを形成する三本のβストランドに集中しており、残基17-34の可動性ループ領域はあまり保護されていなかった。ADP存在下でGroELの単一リング変異体SR1と結合した15N標識GroES部分のH/D交換反応を同様にDMSO停止H/D交換法を用いて追跡した。GroELとの結合部分にあたる可動性ループ領域が強く保護され、Pf が10の5乗から6乗のオーダーとなった。揺らぎの大きな可動性ループが、GroELとの結合によって構造形成し強く保護されることが明らかとなった。

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] The use of spin desalting columns in DMSO-quenched H/D-exchange NMR experiments. (2013)
  • Author(s): Chandak, M.S., Nakamura, T., Takenaka, T., Chaudhuri, T.K., Yagi-Utsumi, M., Chen, J., Kato, K. & Kuwajima, K.
  • Journal Title: Protein Sci. Volume: 22 Pages: 486-491
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural insights into the stability perturbations induced by N-terminal variation in human and goat α-lactalbumin. (2013)
  • Author(s): Makabe, K., Nakamura, T. & Kuwajima, K.
  • Journal Title: Protein Eng. Des. Sel. Volume: 26 Pages: 165-170
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] NMR characterization of the interaction of GroEL with amyloid β as a model ligand. (2013)
  • Author(s): Yagi-Utsumi, Maho
  • Journal Title: FEBS Lett. Volume: - Pages: 印刷中
  • DOI: doi:pii: S0014-5793(13)00292-5. 10.1016/j.febslet.2013.04.007.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The H/D-Exchange Kinetics of the Escherichia coli Co-Chaperonin GroES Studied by 2D NMR and DMSO-Quenched Exchange Methods. (2013)
  • Author(s): Chandak, Mahesh S.
  • Journal Title: J. Mol. Biol. Volume: - Pages: 印刷中
  • DOI: doi:pii: S0022-2836(13)00239-8. 10.1016/j.jmb.2013.04.008.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular mechanisms of the cytotoxicity of human α-lactalbumin made lethal to tumor cells (HAMLET) and other protein-oleic acid complexes. (2013)
  • Author(s): Nakamura, Takashi
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: - Pages: 印刷中
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nucleotide-induced conformational changes of tetradecameric GroEL mapped by H/D exchange monitored by FT-ICR mass spectrometry. (2013)
  • Author(s): Zhang, Qian
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 3 Pages: 1247
  • DOI: doi: 10.1038/srep01247.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The molten globule of β(2)-microglobulin accumulated at pH 4 and its role in protein folding. (2013)
  • Author(s): Mukaiyama, Atsushi
  • Journal Title: J. Mol. Biol. Volume: 425 Pages: 273-291
  • DOI: doi: 10.1016/j.jmb.2012.11.002.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Native-state heterogeneity of β(2)-microglobulin as revealed by kinetic folding and real-time NMR experiments. (2013)
  • Author(s): Mukaiyama, Atsushi
  • Journal Title: J. Mol. Biol. Volume: 425 Pages: 257-272
  • DOI: doi: 10.1016/j.jmb.2012.11.004.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Fibrillogenic propensity of the GroEL apical domain: a Janus-faced minichaperone. (2012)
  • Author(s): Chen, J., Yagi, H., Sormanni, P., Vendruscolo, M., Makabe, K., Nakamura, T., Goto, Y. & Kuwajima, K.
  • Journal Title: FEBS Lett. Volume: 586 Pages: 1120-1127
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sequential four-state folding/unfolding of goat α-lactalbumin and its N-terminal variants. (2012)
  • Author(s): Tomoyori, K., Nakamura, T., Makabe, K., Maki, K., Saeki, K. & Kuwajima, K.
  • Journal Title: Proteins Volume: 80 Pages: 2191-2206
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Sequential four-state folding/unfolding of goat α-lactalbumin and its N-terminal variants (2013)
  • Author(s): 桑島邦博
  • Organizer: 17th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation - Progress in materials science and synchrotron radiation -
  • Place of Presentation: 広島県東広島市・広島大学・広島大学学士会館
  • Year and Date: 2013-02-28 – 2013-03-01
  • Invited
• [Presentation] Sequential four-state folding/unfolding of goat α-lactalbumin and its N-terminal variants (2013)
  • Author(s): 桑島邦博
  • Organizer: 5ｔｈ Korea-Japan Seminar on Biommolecular Sciences- Experiments and Simulations
  • Place of Presentation: 韓国、High1リゾート
  • Year and Date: 2013-02-24 – 2013-02-26
  • Invited
• [Presentation] The structure and function of HAMLET and its related protein complexes (2012)
  • Author(s): 桑島邦博
  • Organizer: 3rd HAMLET Conference
  • Place of Presentation: スウェーデン、ルンド
  • Year and Date: 2012-12-07 – 2012-12-08
  • Invited
• [Presentation] Structural fluctuations and functional expression of the chaperonin complexes (2012)
  • Author(s): 桑島邦博
  • Organizer: 6th International Symposium "Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions"
  • Place of Presentation: 京都府京都市・京都テルサ
  • Year and Date: 2012-12-05 – 2012-12-06
  • Invited
• [Presentation] シャペロニン超分子複合体の水素交換反応 (2012)
  • Author(s): 桑島邦博
  • Organizer: 大阪大学蛋白質研究所セミナー「分子シャペロンの機能発現の新展開と細胞制御」
  • Place of Presentation: 大阪府吹田市・大阪大学・蛋白質研究所・講堂
  • Year and Date: 2012-11-15 – 2012-11-16
  • Invited
• [Presentation] Molecular mechanisms of cytotoxicity of HAMLET and other protein-oleic acid complexes (2012)
  • Author(s): 桑島邦博
  • Organizer: 12th KIAS Conference on Protein Structure
  • Place of Presentation: 韓国、ソウル
  • Year and Date: 2012-10-11 – 2012-10-13
  • Invited
• [Presentation] Molecular mechanisms of cytotoxicity of HAMLET and other protein-oleic acid complexes (2012)
  • Author(s): 桑島邦博
  • Organizer: IGER International Symposium on Science of Molecular Assembly and Biomolecular Systems 2012
  • Place of Presentation: 愛知県名古屋市・名古屋大学・野依記念学術交流館
  • Year and Date: 2012-09-04 – 2012-09-05
  • Invited
• [Presentation] To What Extent Has the Problem of Protein Folding Been Solved? (2012)
  • Author(s): 桑島邦博
  • Organizer: 第12回日本蛋白質科学会ワークショップ「タンパク質のフォールディング問題はどこまで解決されたか」
  • Place of Presentation: 愛知県名古屋市・名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2012-06-20 – 2012-06-22
  • Invited
• [Patent(Industrial Property Rights)] 蛋白質―化学療法剤複合体及びその製造方法，並びに医薬 (2012)
  • Inventor(s): 桑島邦博
  • Industrial Property Rights Holder: 桑島邦博
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2012-147492
  • Filing Date: 2012-06-29