2014 Fiscal Year Annual Research Report
生命分子の動的秩序形成におけるミクロ‐マクロ相関の探査と設計原理の探求
Project Area | Dynamical ordering of biomolecular systems for creation of integrated functions |
Project/Area Number |
25102008
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Research Institution | Okazaki Research Facilities, National Institutes of Natural Sciences |
Principal Investigator |
加藤 晃一 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 (20211849)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 匡史 名古屋市立大学, 薬学研究科(研究院), 准教授 (80532100)
山口 拓実 分子科学研究所, 生命・錯体分子科学研究領域, 助教 (60522430)
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Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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Keywords | 動的秩序 / 生命分子 / 分子集合 / NMR / 溶液散乱 |
Outline of Annual Research Achievements |
1.細胞内のタンパク質分解装置であるプロテアソームのアッセンブリーと機能発現に関わる生命分子システム:平成26年度では、プロテアソームの集合シャペロンであるPba3-Pba4ヘテロ2量体が、サブユニットの適切な配置を定める‘molecular matchmaker’として機能していることを明らかにした。また、古細菌が持つプロテアソーム集合シャペロンのホモログPbaAの結晶構造を決定し、本タンパク質がホモ5量体構造を形成していることを示した。 2.タンパク質の運命決定に関わる分子集団の協奏的機能発現メカニズム:立体構造形成の不完全な糖タンパク質を認識する糖転移酵素UGGTの基質認識ドメインの一部に関して、3次元構造情報を得ることに初めて成功した。また、タンパク質の正しいジスルフィド結合形成を促してフォールディングを助ける酵素PDIの基質認識部位の構造変化を探査した。さらに、前年度までに開発した糖鎖の動的3次元構造解析手法を、糖タンパク質の細胞内運命の決定に関わる高マンノース型糖鎖および細胞表層でアミロイドβ(Aβ)のアッセンブリーを促すガングリオシドGM1の糖鎖の解析に応用した。その結果、高マンノース型糖鎖が末端の糖残基の除去に伴ってコンフォメーション空間を有意に広げる様子や、これらの糖鎖の分子認識に際して多様な構造アンサンブルの中の特定のコンフォマーが選ばれることを明らかにすることができた。 3.膜系における糖脂質クラスターの動態:膜系における動的秩序システムの精密解析を実施するための適切なモデル系を構築するため、人工的に分子設計した機能性ネオ糖脂質を化学合成することに成功するとともに、安定同位体標識を施した糖脂質の調製法を確立し、固体NMR法による精密解析を実現する基盤を整えた。また、生体分子を磁場配向させ精密NMR解析を可能にする超分子を作出した。
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Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
常磁性効果を利用したNMR解析を、マシャドジョセフ病原因遺伝子産物であり、プロテアソーム系における分解標的の消長を制御する脱ユビキチン化酵素ataxin-3の基質認識様式の解析に応用し、本酵素の作動機構の構造基盤を与えることができた。また、Aβの分解系への輸送を司る神経細胞膜上の膜タンパク質sorLAがAβを捕捉する仕組みを溶液NMR法と結晶構造解析を相補的に用いて解明することに成功するなど、医学・薬学分野においても重要な知見をもたらすことができた。
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Strategy for Future Research Activity |
生命分子システムの動的秩序形成におけるミクロ-マクロ相関の探査を可能とする物理化学的計測手法の開発に引き続き取り組むとともに、生命分子素子がダイナミックな集合離散を通じて動的な秩序構造を形成するメカニズムを明らかにすることを目指す。また、生命分子システムのデザインルールを取り入れた人工自己組織化システムの創生に資することを目的とする。 本研究の目的を達成するため、特に、1. 細胞内における糖タンパク質の運命決定のダイナミクス、2. タンパク質の分子集合過程の解明と人工系への応用、3. 糖脂質クラスターの設計・創生と構造・機能解析に関して、NMR分光法、溶液散乱、分子シミュレーションに加え、複合体質量解析、カロリメトリーなどを駆使した多元的研究アプローチを展開する。
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Research Products
(96 results)
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[Journal Article] NMR-based structural validation of therapeutic antibody produced in Nicotiana benthamiana2015
Author(s)
H. Yagi, N. Fukuzawa, Y. Tasaka, K. Matsuo, Y. Zhang, T. Yamaguchi, S. Kondo, S. Nakazawa, N. Hashii, N. Kawasaki, T. Matsumura and K. Kato
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Journal Title
Plant Cell Rep.
Volume: 34
Pages: 959-968
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Stable isotope labeling of glycoprotein expressed in silkworms using immunoglobulin G as a test molecule2015
Author(s)
H. Yagi, M. Nakamura, J. Yokoyama, Y. Zhang, T. Yamaguchi, S. Kondo, J. Kobayashi, T. Kato, E. Y. Park, S. Nakazawa, N. Hashii, N. Kawasaki and K. Kato
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Journal Title
J. Biomol. NMR
Volume: 62
Pages: 157-167
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Glycan structure and serum half-life of recombinant CTLA4Ig, an immunosuppressive agent, expressed in suspension-cultured rice cells with coexpression of human β1,4-galactosyltransferase and human CTLA4Ig2015
Author(s)
S. H. Kang, H. S. Jung, S. J. Lee, C. I. Park, S. M. Lim, H. Park, B. S. Kim, K. H. Na, G. J. Han, J. W. Bae, H. J. Park, K. C. Bang, B. T. Park, H. S. Hwang, I.-S. Jung, J. I. Kim, D. B. Oh, D. I. Kim, H. Yagi, K. Kato, D. K. Kim and H. H. Kim
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Journal Title
Glycoconjugate J.
Volume: 32
Pages: 161-172
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Structural basis for proteasome formation controlled by an assembly chaperone Nas22014
Author(s)
T.Satoh, Y.Saeki, T.Hiromoto, Y.-H. Wang, Y.Uekusa, H.Yagi, H.Yoshihara, M.Yagi-Utsumi, T.Mizushima, K.Tanaka, and K.Kato
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Journal Title
Structure
Volume: 22
Pages: 731-743
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Enhanced expression of the β4-galactosyltransferase 2 gene impairs mammalian tumor growth2014
Author(s)
M.Tagawa, K.Shirane, L.Yu, T.Sato, S.Furukawa, H.Mizuguchi, R.Kuji, K.Kawamura, N.Takahashi, K.Kato, S.Hayakawa, S.Sawada, and K.Furukawa
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Journal Title
Cancer Gene Therapy
Volume: 21
Pages: 219-227
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] EDEM2 initiates mammalian glycoprotein ERAD by catalyzing the first mannose trimming step2014
Author(s)
S.Ninagawa, T.Okada, Y.Sumitomo, Y.Kamiya, K.Kato, S.Horimoto, T.Ishikawa, S.Takeda, T.Sakuma, T.Yamamoto, and K.Mori
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Journal Title
J. Cell Biol
Volume: 206
Pages: 347-356
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Backbone 1H, 13C, and 15N assignments of yeast Ump1, an intrinsically disordered protein that functions as a proteasome assembly chaperone2014
Author(s)
Y.Uekusa, K.Okawa, M.Yagi-Utsumi, O.Serve, Y. Nakagawa, T.Mizushima, H.Yagi, Y.Saeki, K.Tanaka, and K.Kato
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Journal Title
Biomol. NMR Assign.
Volume: 8
Pages: 383-386
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Mode of substrate recognition by the Josephin domain of ataxin-3, which has an endo-type deubiquitinase activity2014
Author(s)
T.Satoh, A.Sumiyoshi, M.Yagi-Utsumi, E.Sakata, H.Sasakawa, E.Kurimoto, Y.Yamaguchi, W.Li, C.A.P. Joazeiro, T.Hirokawa, and K.Kato
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Journal Title
FEBS Lett.
Volume: 588
Pages: 4422-4430
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Dynamic orchestration of proteasome systems2015
Author(s)
K. Kato, T. Yamaguchi, M. Yagi-Utsumi, H. Yagi and T. Satoh
Organizer
The 3rd International Symposium on Dynamical Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions
Place of Presentation
合歓の郷(三重県志摩市)
Year and Date
2015-01-10 – 2015-01-11
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[Presentation] EDEM1/2/3 are α1,2-mannosidases essential for endoplasmic reticulum-associated degradation of glycoproteins2014
Author(s)
Satoshi Ninagawa, Tetsuya Okada, Yoshiki Sumitomo, Yukiko Kamiya, Satoshi Horimoto, Tokiro Ishikawa, Shunichi Takeda, Tetsushi Sakuma, Takashi Yamamoto, Koichi Kato and Kazutoshi Mori
Organizer
Sarellite Symposium II “Glycans in Neuroscience”
Place of Presentation
Honolulu、Hawai、USA
Year and Date
2014-11-16
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[Book] Springer (Switzerland)2015
Author(s)
Y.Zhang, T.Yamaguchi, T.Satoh, M.Yagi-Utsumi, Y.Kamiya, Y.Sakae, Y.Okamoto, and K.Kato
Total Pages
411(217-230)
Publisher
Advances in Experimental Medicine and Biology
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