2011 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | Target recognition and expression mechanism of intrinsically disordered protein |
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21113002
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| Research Institution | Yokohama City University |
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Principal Investigator |
佐藤 衛 横浜市立大学, 生命ナノシステム科学研究科, 教授 (60170784)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安藤 敏夫 金沢大学, 数物科学系, 教授 (50184320)
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| Keywords | X線小角散乱 / 中性子小角散乱 / 分子動力学シミュレーション / X線結晶構造解析 / 高速原子間力顕微鏡 / FliK / MeCP2 / ダイナミクス |
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| Research Abstract |
X線小角散乱法(SAXS法)による動的構造解析では、古細菌由来Hefタンパク質(ヘリカーゼドメインとヌクレアーゼドメインの2つのドメインから構成され、その間に約100残基の天然変性領域IDRが存在するタンパク質)のSAXSデータを収集し、2面角データベースから600,000のHefIDR構造を抽出してHef全長構造を構築し、収集したSAXSデータを用いてExtended MD-SAXS法による動的構造解析を行った。さらに、PCNAと相互作用するHef-IDRに着目し、中性子小角散乱法を用いてHef-IDRがPCNAとの結合に伴う構造変化(誘起)を解析した。その結果、Hef-IDRはその中央部分にあるPCNA結合モチーフであるPIP boxの領域は高次構造が誘起されているが、それ以外の大部分はPCNAと結合しても天然変性状態のままであることが明らかとなり、この構造の柔軟性がHefの機能あるいは、他のDNA修復因子との相互作用において重要な役割を果たすことが示唆された。
一方、高速原子間力顕微鏡(高速AFM)による天然変性領域の動態解析の研究では、ID領域と非ID領域の同定をNMR解析が進んでいるPQBP-1を標準試料として調べ、高速AFM解析の信頼性をまず確認した。何種類かのIDPの高速AFM観察を進めたが、特に、べん毛のHookの長さに関係すると言われているFliKとRett症候群に関与するMethyl CpG Binding Protein 2(MeCP2)について多くの観察を行った。FliKではN端とC端にある球状ドメインがID領域で連結されている構造が観察されるが、N端側半分のコンストラクトでは驚いたことにかなりID構造となっており、この結果はNMRのデータと一致する。MeCP2については、1次構造とID領域、非ID領域との関係を決定した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
MD-SAXS法によるIDタンパク質の動的構造解析では、これまでに(1)タンパク質の原子モデルから水和構造を考慮してSAXS強度を理論的に計算する手法,(2)アミノ酸の2面角データベースを用いたID領域の高速構造構築法とMDを組み合わせる手法,(3)作成した動的構造モデルに実験情報を加味するために、モデルからMD-SAXS法を用いて理論的にSAXS強度を計算し、それが実験SAXSデータと一致するように動的構造モデルを精密化する手法を開発してきた。また、高速AFMによるIDタンパク質の動態解析では、新しい振幅計測法を導入して装置のノイズ低減化を図るとともに、IDタンパク質を含む種々のタンパク質の観察に適した基板や溶液条件を検討した。その結果、世界最高性能の高速AFMの開発に成功し、領域内の計画研究および公募研究のグループが対象とするIDタンパク質およびID領域を有するマルチドメインタンパク質の動態解析を行ってきた。以上のように、当該研究はおおむね当初計画どおりに順調に進展しているものと思われる。
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| Strategy for Future Research Activity |
高速AFMにおける天然変性タンパク質の動態解析について「高速AFMは基板との人為的な相互作用の影響などの問題があり、生物学的に意味のある成果が出ているのかを疑問視する意見もあった」との中間評価のコメントがあった。このコメントに対しては、MD-SAXS法では10^<12>のタンパク質分子からのX線散乱を解析するので、高速AFMのようにタンパク質1分子の動的挙動は解析できないが、溶液状態という生理的条件に近い環境でタンパク質分子の動的挙動が解析できるという特長があるので、今後はMD・SAXS法と高速AFM法の両手法を相補的に利用し、互いの欠点を補いながら両手法の開発・高度化を推進していきたいと考えている。
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Research Products
(86 results)
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[Journal Article] Crystal structure of the human centromeric nucleosome containing CENP-A2011
Author(s)
H.Tachiwana, W.Kagawa, T.Shiga, A.Osakabe, Y.Miya, K.Saito, Y.Hayashi-Takanaka, T.Oda, M.Sato, S.-Y.Park, H.Kimura, and H.Kurumizaka
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Journal Title
Nature
Volume: 476
Pages: 232-235
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Fission Yeast Swi5-Sfr1 Protein Complex, an Activator of Rad51 Recombinase, Forms an Extremely Elongated Dogleg-shaped Structure2011
Author(s)
Y.Kokabu, Y.Murayama, N.Kuwabara, T.Oroguchi, H.Hashimoto, Y.Tsutsui, N.Nozaki, S.Akashi, S.Unzai, T.Shimizu, H.Iwasaki, M.Sato, and M.Ikeguchi
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Journal Title
J. Biol. Chem
Volume: 286
Pages: 43569-43576
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Crystal structure of basic 7S globulin, a xyloglucan-specific endo-β-1,4-glucanase inhibitor protein-like protein from soybean lacking inhibitory activity against endo-β-glucanase2011
Author(s)
T.Yoshizawa, T.Shimizu, M.Yamabe, M.Taichi, Y.Nishiuchi, N.Shichijo, S.Unzai, H.Hirano, M.Sato, H.Hashimoto
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Journal Title
FEBS, J.
Volume: 278
Pages: 1944-1954
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] The Development of N-α-(2-Carboxyl)benzoyl-N5-(2-fluoro-1-iminoethyl)-L-The Development of N-α-(2-Carboxyl)benzoyl-N5-(2-fluoro-1-iminoethyl)-L-ornithine Amide (o-F-amidine) and N-α-(2-Carboxyl)benzoyl-N5-(2-chloro-1-iminoethyl)-L-ornithine Amide (o-Cl-amidine) As Second Generation Protein Arginine Deiminase (PAD) Inhibitors2011
Author(s)
C.P.Causey, J.E.Jones, J.L.Slack, D.Kamei, L.E.Jones, Jr., V.Subramanian, B.Knuckley, P.Ebrahimi, A.A.Chumanevich, Y.Luo, H.Hashimoto, M.Sato, L.J.Hofseth P.R.Thompson
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Journal Title
J.Med.Chem.
Volume: 54
Pages: 6919-6935
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Crystal structure and biochemical property of the human centromere specific nucleosome2011
Author(s)
Hiroaki Tachibana, Wataru Kagawa, Tatsuya Shiga, Ryohei Matsumoto, Yuta Miya, Akihisa Osakabe, Yoko Hayashi-Takanaka, Takashi Oda, Mamoru Sato, Sam-Yong Park, Hiroshi Kimura, Hitoshi Kurumizaka
Organizer
第34回日本分子生物学会大会
Place of Presentation
パシフィコ横浜
Year and Date
20111213-20111216
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[Presentation] Structure of REV7 in complex with a REV3 fragment and structural implication of the interaction between DNA polymerase .F Nf and REV12011
Author(s)
Hiroshi Hashimoto, Kodai Hara, Yoshiki Murakumo, Shunsuke Kobayashi, Toshiaki Kogame, Satoru Unzai, Satoko Akashi, Shunichi Takeda, Toshiyuki Shimizu, Mamoru Sato
Organizer
Current Opinion in Structural Biology & DNA Repair, A Current Opinion in Structural Biology conference
Place of Presentation
NH Grand Hotel Krasnapolsky, Amsterdam, Netherlands
Year and Date
20111016-20111018
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[Presentation] Direct visualization of intrinsically disordered proteins PQBP-1, MeCP2, and FliK using high-speed atomic force microscopy2011
Author(s)
T.Mori, N.Kodera, S.Mizuno, S.Aizawa, M.Mizuguchi, H.Szerlong, M.Porter-Goff, J.C.Hansen, T.Ando
Organizer
日本生物物理学会第49回年会
Place of Presentation
兵庫県立大学・姫路書写キャンパス(一般口頭発表)
Year and Date
20110916-20110918
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