2016 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 |
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| Project/Area Number |
25102008
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| Research Institution | Okazaki Research Facilities, National Institutes of Natural Sciences |
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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) |
山口 拓実 北陸先端科学技術大学院大学, マテリアルサイエンス系・生命機能工学領域, 准教授 (60522430)
佐藤 匡史 名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 准教授 (80532100)
栗原 顕輔 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, 特任准教授 (80740919)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 動的秩序 / サイボーグ超分子 / 人工クラスター / プロテアソーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
1. タンパク質の分子集合過程の解明と人工系への応用：X線結晶構造情報に基づいて、古細菌のプロテアソーム集合シャペロンのホモログタンパク質の改変体を作製し、溶液散乱、高速AFM、および生化学実験を用いてその構造機能解析を実施した。その結果、高次構造情報に基づく分子設計・改変を通じて、本タンパク質に新たにプロテアソーム結合能を賦与することに成功した。また、ヒトプロテアソーム複合体の動的秩序形成機構の解明に向けて、電子顕微鏡解析および非共有結合を保持した状態での質量分析法を実施した。α7サブユニットを起点として異なるαサブユニットを混合した際のαリング形成中間体の同定を行い、これらの形成中間体は14量体構造を有することを示唆するに至った。
2. 機能性糖鎖を組み込んだ人工クラスター設計創生：これまで設計してきた生体分子と人工超分子をハイブリッドさせた超分子をさらに進化させ、外部環境に応答して離合集散過程を行うサイボーグ超分子を創生した。設計したサイボーグ超分子の構造と物性を明らかにするため、NMR分光法や動的光散乱を組み合わせた計測を実施し、外部環境に応じた離合集散の過程においては糖鎖―糖鎖間の分子認識が重要な役割を担うことを明らかとした。さらに、機能性糖鎖の分子認識についての理解を深めるため、これまで開発してきた糖鎖の動的構造研究手法を適用し、糖鎖-タンパク質間の分子認識についてNMR分光法とMDシミュレーションを組み合わせた解析に取り組んだ。糖鎖-タンパク質間の相互作用においては標的タンパク質に応じて、糖鎖が配座選択および誘導適合を通じて分子認識を実現し得ることを示した。
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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
研究実績概要に記載の成果に加えて、重水素標識を利用した中性子散乱実験を非変性質量分析と組み合わせることにより、ヒト水晶体の分子シャペロンであるαB-クリスタリンの会合体の4次構造ダイナミクス、およびシアノバクテリアの時計タンパク質複合体形成の協同性とサブユニット空間配置に関する情報を得ることに成功した。さらに、自己増殖する油滴システムを作成し、この油滴を足場として容易にベシクルへと変換する系を構築することにも成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度までの成果を発展させるため 、プロテアソームシステムや時計タンパク質複合体をはじめとした生命分子システムのダイナミックな分子集合過程の解明、およびタンパク質・ 糖鎖・脂質など多様な構成要素を含む複雑な超分子集合体の動的秩序形成メカニズムの解明に取り組む。これらの超分子複合体に関して、柔構造と非対称性を併せ持つ鍵構造を特定し、統合的な動的構造解析を通じて生命分子システムのデザインルールを浮き彫りにする。また、機能性糖鎖を組み込んだ人工細胞モデルや、新たなサイボーグ超分子等の創生を試み、それらの機能評価を実施する。このような研究を通して得られた知見をもとに、生体分子工学的アプローチと組み合わせて生体分子システムの動的秩序の制御と創生を目指した研究を推進する。
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[Journal Article] GlcNAc6ST-1 regulates sulfation of N-glycans and myelination in the peripheral nervous system2017
Author(s)
T.Yoshimura, A.Hayashi, M.Handa-Narumi, H.Yagi, N.Ohno, T.Koike, Y.Yamaguchi, K.Uchimura, K.Kadomatsu, J.Sedzik, K.Kitamura, K.Kato, B.D.Trapp, H.Baba, and K.Ikenaka
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Journal Title
Sci. Rep.
Volume: 7
Pages: 42257
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] 3D structural analysis of protein O-mannosyl kinase, POMK, a causative gene product of dystroglycanopathy2017
Author(s)
M.Nagae, S.K.Mishra, M.Neyazaki, R.Oi, A.Ikeda, N.Matsugaki, S.Akashi, H.Manya, M.Mizuno, H.Yagi, K.Kato, T.Senda, T.Endo, T.Nogi, and Y.Yamaguchi
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Journal Title
Genes Cells
Volume: -
Pages: in press
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] O-GlcNAc on NOTCH1 EGF repeats regulates ligand-induced Notch signaling and vascular development in mammals2017
Author(s)
S.Sawaguchi, S.Varshney, M.Ogawa, Y.Sakaidani, H.Yagi, K.Takeshita, T.Murohara, K.Kato, S.Sundaram, P.Stanley, and T.Okajima
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Journal Title
eLife
Volume: -
Pages: in press
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] New insight into the dynamical system of αB-crystallin oligomers2016
Author(s)
R.Inoue, T.Takata, N.Fujii, K.Ishii, S.Uchiyama, N.Sato, Y.Oba, K.Wood, K.Kato, N.Fujii, and M.Sugiyama
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Journal Title
Sci. Rep.
Volume: 6
Pages: 29208
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Comparison of analytical methods for profiling N- and O-linked glycans from cultured cell lines: HUPO Human Disease Glycomics/Proteome Initiative multi-institutional study2016
Author(s)
H.Ito, H.Kaji, A.Togayachi, P.Azadi, M.Ishihara, R.Geyer, C.Galuska, H.Geyer, K.Kakehi, M.Kinoshita, N.G.Karlsson, C.Jin, K.Kato, H.Yagi, S.Kondo, N.Kawasaki, N.Hashii, D.Kolarich, K.Stavenhagen, N.H.Packer, M.Nakano, N.Taniguchi, A.Kurimoto, Y.Wada, M.Tajiri, P.Yang, W.Cao, H.Li, P.M.Rudd, andH.Narimatsu
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Journal Title
Glycoconjugate J.
Volume: 33
Pages: 405-415
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Structural characterization of the circadian clock protein complex composed of KaiB and KaiC by inverse contrast-matching small-angle neutron scattering2016
Author(s)
M.Sugiyama, H.Yagi, K.Ishii, L.Porcare, A.Martele, K.Oyama, M.Noda, Y.Yunoki, R.Murakami, R.Inoue, N.Sato, Y.Oba, K.Terauchi, S.Uchiyama, and K.Kato
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Journal Title
Sci. Rep.
Volume: 6
Pages: 35567
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
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[Presentation] Multiple structural architectures of archaeal homolog of proteasome assembly chaperone, PbaA2017
Author(s)
Arunima Sikdar, Chihong Song, Toshiya Kozai, Kentaro Ishii, Susumu Uchiyama, Takayuki Uchihashi, Kazuyoshi Murata, Tadashi Satoh, Maho Yagi-Utsumi, and Koichi Kato
Organizer
2016年度生物物理学会中部支部講演会
Place of Presentation
名古屋大学東山キャンパスES総合館1階ESホール（愛知県名古屋市）
Year and Date
2017-03-06
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[Presentation] Assembly of proteasome complex analyzed by MS and AUC2017
Author(s)
Susumu Uchiyama, Masanori Noda, Kentaro Ishii, Hirokazu Yagi, Tadashi Satoh, and Koichi Kato
Organizer
The 5th International Symposium on Dynamical Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions
Place of Presentation
東京大学駒場キャンパス（東京都目黒区）
Year and Date
2017-01-22
Int'l Joint Research
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[Presentation] Structural characterization of circadian clock protein complexes by small-angle neutron scattering and native mass spectrometry analyses2017
Author(s)
Yasuhiro Yunoki, Masaaki Sugiyama, Hirokazu Yagi, Kentaro Ishii, Katsuaki Oyama, Lionel Porcar, Anne Martel, Masanori Noda, Reiko Murakami, Rintaro Inoue, Nobuhiro Sato, Youjiro Oba, Kazuki Terauchi, Susumu Uchiyama, and Koichi Kato
Organizer
The 5th International Symposium on Dynamical Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions
Place of Presentation
東京大学駒場キャンパス（東京都目黒区）
Year and Date
2017-01-21
Int'l Joint Research
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[Presentation] 高速AFMによる20Sプロテアソーム関連タンパク質の動態観察2016
Author(s)
Toshiya Kozai, Tadashi Satoh, Arunima Sikdar, Hirokazu Yagi, Maho Yagi-Utsumi, Takayuki Uchihashi , Toshio Ando , and Koichi Kato
Organizer
第54回日本生物物理学会年会
Place of Presentation
つくば国際会議場（茨城県つくば市）
Year and Date
2016-11-27
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[Presentation] High pressure NMR reveals a fluctuating ubiquitin structure2016
Author(s)
Ryo Kitahara, Soichiro Kitazawa, Takuro Wakamoto, Teppei Ikeya, Tomoshi Kameda, Maho Yagi-Utsumi, Koichi Kato, Christian Roumestand, Nicola J. Baxter, and Mike P. Williamson
Organizer
The 42nd Naito Conference
Place of Presentation
シャトレーゼ・ガトーキングダムサッポロ（北海道札幌市）
Year and Date
2016-10-05
Int'l Joint Research
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[Presentation] NMR snapshots of a fluctuating ubiquitin structure2016
Author(s)
Soichiro Kitazawa, Takuro Wakamoto, Teppei Ikeya, Tomoshi Kameda, Maho Yagi-Utsumi, Koichi Kato, Christian Roumestand, Nicola J. Baxter, Mike P. Williamson, and Ryo Kitahara
Organizer
EUROMAR2016
Place of Presentation
Aarhus、Denmark
Year and Date
2016-07-06
Int'l Joint Research
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