分子進化論から見たタンパク質の折り畳み機構に関する研究

1997 Fiscal Year Final Research Report Summary

• Project/Area Number: 08876027
• Research Category: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: 食品科学・栄養科学
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 谷 史人 京都大学, 食糧科学研究所, 助教授 (70212040)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 小関 佐貴代 京都大学, 食糧科学研究所, 助手 (70230315)
• Project Period (FY): 1996 – 1997
• Keywords: タンパク質 / 分子進化 / セルピンファミリー / 卵白アルブミン / 折り畳み / 糖鎖 / GroEL / BiP

Research Abstract

分子進化の観点からタンパク質の折り畳みを解明する本研究において、共通の祖先タンパク質から派生したセルピンファミリーに属するタンパク質の折り畳み機構と熱ショックタンパク質の認識配列の変遷について解析した。
機能的な側面から、セリンプロテアーゼに対して阻害活性を示すα1-アンチトリプシン(API)と阻害活性を示さないニワトリ卵白アルブミン(OVA)の折り畳み機構を比較した。まず、OVAの熱変性過程をCDスペクトルによって調べたところ、OVAは76°C以上の温度で熱変性し、そのときの状態はポリペプチド鎖が大きく揺らいだアンフォールド状態にあるが、変性剤中において観察されるような典型的なランダムコイル状態ではないことが判明した。80°Cにおいて熱変性させたOVAを徐冷すると天然状態に巻き戻ったが、一方、急冷すると、誤って折り畳まれた変性分子を生じ、その後常温において徐々に天然状態に復元した。このような2相性の復元反応は、塩酸グアニジン中からのAPIの復元反応においても観察された。次に、急冷することによって得られた変性分子の会合について調べた。変性した急冷分子は生理的塩濃度の存在下で線状的に会合し、その会合体の形成にはOVA分子の中央部に位置するβシートAの分子表面への露出が関与することを明らかにした。この分子会合へのβシートAの関与は、血栓症を引き起こすAPIの突然変異体の会合体形成の分子機構と類似していた。ところで、4つの糖鎖結合部位をもっているAPIとは異なり、OVAはβシートAの近傍に1つの糖鎖をもっているので、糖鎖が変性分子の会合に与える影響を調べた。大腸菌シャペロニンGroELに対する急冷分子の親和力を比べることによって、糖鎖の有無は変性分子の表面疎水性に大きな差を与えることを明らかにした。
APIとOVAを含むセルピンファミリーに属する数種類のタンパク質の一次配列に従って熱ショックタンパク質BiPが結合する配列を検索した。その結果、タンパク質分子の進化系統樹において近縁の関係にあるものほどBiP結合配列の分布に高い相同性があることを見出した。

Research Products

• [Publications] Nobuaki Shirai: "Linear Polymerization Caused by the Defective Foloding of a Non-inhibitory Serpin Ovalbumin." Journal of Biochemistry. 121. 787-797 (1997)
• [Publications] Fmito Tani: "Temperature control for kinetic refolding of heat-denatured ovalbumin." Protein Science. 6. 1491-1502 (1997)