プリオン蛋白質とそれを捕捉するRNAアプタマーの複合体の構造及び相互作用研

2011 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11J02435
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 真嶋 司 京都大学, エネルギー科学研究科, 特別研究員(DC2)
• Keywords: NMR / アプタマー / プリオン病 / アルツハイマー病 / 立体構造

Research Abstract

r(GGAGGAGGAGGA)という配列からなるRNAアプタマーのR12はプリオンタンパク質を高い親和性で捕捉する。申請者等は既にR12の立体構造をNMR法によって決定している。R12はG:G:G:Gテトラッド平面とG(:A):G:G(:A):Gヘキサッド平面をコアとした分子内平行型4重鎖構造を形成し、さらに2つのR12分子がヘキサッド平面のスタッキングを介して二重体を形成していた。次にプリオンタンパク質の結合部位を探索し、N末側の約100残基のディスオーダー領域における、アミノ酸番号25-35(以下P1)及びアミノ酸番号108-119(以下P16)の2つの部位であることを見出した。この2つの部位に対応するペプチドP1及びP16のそれぞれと、R12との相互作用をNMR法によって調べた。特にR12とP16については複合体の立体構造を原子レベルの分解能で決定することが出来た。R12の特異な位置に配置された3つのリン酸基とP16の3つのリジン残基がそれぞれ静電相互作用をしていること、R12のグアニン塩基とP16のトリプトファン残基がスタッキング相互作用をしていることを明らかにした。
これと同時に、ウシプリオンタンパク質(bPrP)の107残基のN末端ドメイン(以下bPrP-N)とR12について、NMR法による相互作用の研究を行った。R12へbPrP-Nを加える滴定と、bPrP-NへR12を加える滴定の両実験から、R12とbPrPNは2:1の結合比であること、すなわち二量体として存在するR12とbPrP-Nは1:1め結合比であることを見出した。二量体であるR12の各単量体が、bPrPの2つの結合部位のそれぞれと同時に結合することで、高い親和性を獲得していることを示唆する結果を得た。現在これらの結果をまとめて学術雑誌への投稿の準備を進行させている。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

RNAアプタマーであるR12と、プリオンタンパク質の2ヶ所ある結合部位の内の1つに対応するペプチドとの複合体の立体構造の決定に成功した。もう1方の結合部位に対応するペプチドとも、NMR法によって原子レベルの相互作用の情報を得られた。さらにプリオンタンパク質のN末側ドメイン(R12との2つの結合部位を含む107残基からなるドメイン)とR12との相互作用に関する情報も取得し、R12がプリオンタンパク質を捕捉する全体像を構築することに成功した。

Strategy for Future Research Activity

プリオンタンパク質のもう一方の結合部位に対応するペプチドと,R12との複合体の構造解析を行う。既に共鳴線の帰属を半数以上終えて、分子間NOEの情報なども取得しており、これらの解析を進行させる。さらにR12とプリオンタンパク質のN末側ドメインとの複合体の解析も進行させる。とれについては既に発現及び精製方法を確立し、^<13>C,^<15>N安定同位体標識されたN末側ドメインを取得した。今後R12との複合体について、共鳴線の帰属や分子間NOEの抽出を行う。この他、プリオンタンパク質全長の発現及び精製方法を確立し、R12との相互作用の情報を得ることを目指す。

Research Products

• [Journal Article] Intelligent ribozyme that switches its activity in response to K^+ through quadruplex formation (2012)
  • Author(s): Nagata, T., Sakurai, Y., Hara, Y., Mashima, T., Kodaki, T., Katahira, M.
  • Journal Title: FEBS Journal Volume: (印刷中)
  • DOI: 10.1111/j.1742-4658.2012.08538.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Presence of alternating glucosaminoglucan in the sheath of Thiothrix nivea (2012)
  • Author(s): Takeda, M., Kondo, K., Ymamada, M., Sumikawa, M., Koizumi, J., Mashima, T., Katahira, M.
  • Journal Title: International journal of biological macromolecules Volume: 50 Pages: 236-244
  • DOI: 10.1016/j.ijbiomac.2011.10.024
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Recognition of Priori Protein by the RNA Aptamer (2012)
  • Author(s): Mashima, T., Fujiwara, H., Nishikawa, F., Saimura, M., Kamatari, Y.O., Kuwata, K., Imamura, M., Yokoyama, T., Nishikawa, S., Katahira, M.
  • Organizer: 9^<th> Japan-Korea Bilateral Symposium on Biological NMR
  • Place of Presentation: 北海道大学
  • Year and Date: 2012-03-16
• [Presentation] プリオンタンパク質のN末ドメインとRNAアプタマーの相互作用の解析 (2011)
  • Author(s): 藤原弘道、真嶋司、西川富美子、才村正幸、遠藤美紗、今村守一、横山隆、西川諭、片平正人
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-12-15
• [Presentation] Structural Basis of the High Affinity of the RNA Aptamer against Prion Protein (2011)
  • Author(s): Mashima, T., Fujiwara, H., Koshida, T., Saimura, M., Imamura, M., Yokoyama, T., Nishikawa, F., Nishikawa, S., Katahira, M.
  • Organizer: 第49回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 兵庫県立大学
  • Year and Date: 2011-09-18
• [Presentation] Mechanism of trapping of priori protein with RNA aptamer (2011)
  • Author(s): Mashima, T., Fujiwara, H., Nishikawa, F., Saimura, M., Endo, M., Imamura, M., Yokoyama, T., Nishikawa, S., Katahira, M.
  • Organizer: The 16^<th> annual meeting, of the RNA society and the ^<13>th annual meeting of the RNA society of Japan
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館(京都府)
  • Year and Date: 2011-06-16