固体高分解能NMRによる膜蛋白質構造解析と機能の相関に関する新規展開

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 09480179
• Research Institution: Himeji Institute of Technology
• Principal Investigator: 斉藤 肇 姫路工業大学, 理学部, 教授 (30100150)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 辻 暁 姫路工業大学, 理学部, 助手 (60227387)
• Keywords: 膜蛋白質 / 固体高分解能NMR / 構造解析 / バクテリオロドプシン / 変異株

Research Abstract

構成アミノ酸が1個ないしは2個置換されたバクテリオロドプシン(bR)変異株約15種類について、順次[3-^<13>C]Ala、[1-^<13>C]AlaおよびVal, Leuなどの安定同位体を行い、そのNMRスペクトルから、次の結果を得た。
(1)サンプリング時間を50ミリ秒まで延伸することにより、従来の2本の単一炭素をふくめた7本の信号から、5本の単一炭素に由来する信号を含めて、12本の信号が分離するなど、大幅なスペクトル分解能を達成することができた。
(2)とりわけ、細胞外側に位置するAla126, 196に関しては、アミノ酸置換によってその構造を変化させず、信号の帰属が一義的に達成することができた。
(3)一方、細胞質側にある残基、Ala103, 160, 39などにおいては、本来の信号のみならず膜貫通ヘリックス部位の信号にも変化を与えることがわかり、ループ部位はそれぞれ特異なコンホメーションをとることを示している。
(4)カチオン除去による青膜の形成により、中性状態のスペクトルに比べて著しい変化が見られたが、この原因は表面pHの低下による蛋白構造変化であることを明かにし、特異なカチオン結合サイトの存在に関する知見を得た。
(5)bRのプロトン輸送機構に関連して、Asp96-Thr 46- Val 49-Asp85の水分子が関与した水素結合ネットワークについての知見を得るために、D96N, T46VについてVal標識化合物を調製したが、その高次構造自身は変化せずダイナミックスに違いが生じた。

Research Products

• [Publications] A.M.Gil: "A 13C NMR Study on the Conformation and Dynamical Properties of a Cereal Storage Protein, C-Hordein, and Its Model Peptides," Biopolymers. 41. 289-300 (1997)
• [Publications] S.Yamaguchi: "Stability of C-Terminal a-Helical Domain of Bacteriorhodopsin Protruding from the Membrane Surface as as Studied by High-resolution Solid-state 13C NMR" J.Biochem.(Tokyo). 123. 78-86 (1998)
• [Publications] H.Saito: "Conformation and Dynamics of Membrane Proteins and Biologically Active Peptides as Studied by High-resolution Solid-state 13C NMR," J.Mol.Structure. 441. 137-148 (1998)
• [Publications] A.Naito: "Backbone Dynamics of Polycrystalline Peptides Studied by Measurements of 15N NMR Lineshpes and 13C Transverse Relaxation Times" J.Mol.Structure. 441. 231-242 (1998)
• [Publications] A.K.Dioumaev: "Existence of a Proton Transfer Chain in Bacteriorhodopsin : Participation of Glu-194 in the Release of Protons to the Extracellular Surface" Biochemistry. 37. 2496-2506 (1998)
• [Publications] M.Kamihira: "A High-resolution Solid-state 13C and 15N NMR Study on Crystalline Leu- and Met- enkephalins : Distinction of Polymorphs, Backbone Dynamics and Local Conformational" J.Phys.Chem. 101(印刷中). (1998)
• [Publications] H.Saito: "Annual Reports on NMR Spectroscopy, vol36" Academic Press, London, UK, 43 (1998)
• [Publications] A.Naito: "Solid State NMR of Polymers" Elsevier, Amsterdam, The Netherland, 27 (1998)