2016 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the proteasome formation mechanisms through multilateral structural biology approach toward drug discovery
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15H02491
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| Research Institution | Nagoya City University |
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Principal Investigator |
加藤 晃一 名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 教授 (20211849)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
矢木 真穂 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, 助教 (40608999)
山口 拓実 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (60522430)
矢木 宏和 名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 講師 (70565423)
佐藤 匡史 名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 准教授 (80532100)
谷中 冴子 分子科学研究所, 生命・錯体分子科学研究領域, 特任助教 (80722777)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | プロテアソーム / アッセンブリーシャペロン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、αリングの形成過程の解明に向けてα7を起点としたαリング形成中間体の同定と構造解析を行った。本解析では、αリングの形成過程においてα7が他のサブユニットとどの様な複合体を形成し得るのかを明らかにするため、ホモ14量体形成能を欠失したα7変異体（α7*）を用いた。その結果、α7*はα1, 4, 6それぞれと複合体を形成すること、さらにはそれらをすべて含むα1-4-6-7*複合体を形成することを見出した。興味深いことに、ゲルろ過クロマトグラフィーや電子顕微鏡解析によってこれらの複合体はα7と同様の14量体構造を有することを示唆するに至った。
一方、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に関しては、前年度までに明らかにしているX線結晶構造情報に基づく分子設計および改変を行うことにより、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、溶液散乱および高速AFMにより得られた改変体の構造のキャラクタライズを行った。
さらに、アッセンブリーシャペロンを介したプロテアソーム形成中間体の相互作用メカニズムを明らかにすることを目的として、ヒトPAC4の結晶構造解析およびNMR解析を行った。その結果、1.90オングストロームの高分解能でその立体構造を決定することに成功し、PAC4を介したαリング形成中間体の複合体モデルを精度よく構築することが可能になった。これにより、プロテアソームアッセンブリー系を標的とする阻害剤設計に重要な手掛かりを与えることが出来た。
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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
本年度に達成した重要な成果（ヒトアッセンブリーシャペロンPAC4の結晶構造）は、2017年の5月に論文公表している [Kurimoto et al. (2017) Protein Sci. Rep. 5, 18167]。また、α7サブユニットを起点としたプロテアソーム形成中間体の同定に成功し、電子顕微鏡解析を実施することができた。以上の成果を総合的に判断して順調に研究は進展しているものと判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
（1）プロテアソーム形成中間体の同定と構造解析
前年度までにプロテアソームのαリングを構成する数種類のサブユニットからなる形成中間体の同定に成功している。本年度では、これらの形成中間体を単離して、Ｘ線結晶構造解析、クライオ電子顕微鏡解析、中性子小角散乱をはじめとする立体構造解析を実施する。
（2）プロテアソームアッセンブリー過程の追跡
前年度までに同定したプロテアソーム形成中間体について、超分子質量分析、高速AFM解析、X線小角散乱を用いたリアルタイム計測を行うことにより、プロテアソームのダイナミックな形成過程をキャラクタライズする。
（3）プロテアソームアッセンブリー系を標的とする創薬への展開
（1）において立体構造情報が得られたプロテアソーム形成中間体について、順次創薬標的としての可能性を探査していく。具体的には、実験的に決定した形成中間体の相互作用様式に基づき、in silicoバーチャルスクリーニングを用いて、プロテアソーム形成中間体に結合する低分子化合物やペプチドを探索する。こうして選び出されてきた化合物はプロテアソームの形成過程に影響を与える可能性が高く、次年度以降に実験的に検証する。
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Research Products
(12 results)
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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] 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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