2017 Fiscal Year Research-status Report
機能部位連携を志向したタンパク質多量体の構造制御法開発
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16K17935
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| Research Institution | Nara Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
長尾 聡 奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助教 (30452535)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ヘムタンパク質 / ミオグロビン / タンパク質工学 / 生体超分子 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体内の様々な形状・サイズのタンパク質多量体はボトムアップ型のプロセスで作られ、協同的な基質分子結合、金属原子の貯蔵、回転・並進運動などの機能を有している。このようなユニークな機能の人工再現には、タンパク質を決まった様式で会合させるナノレベルの構造制御が必要となるが、その知識基盤は十分に確立していない。本研究では、多量体の人工構築法を発展させるため、タンパク質の部分構造が分子間で交換するドメインスワッピングにより、同一分子間または異種分子間において形成させた二量体と、それをビルディングブロックとした四量体を構築し、多量体構築原理の理解と機能部位連携する多量体構築を目指す。
平成29年度は、ミオグロビンのヒンジ領域のアミノ酸を系統的に別のアミノ酸に置換し、ドメインスワップ二量体形成に重要なアミノ酸を特定した。また、特定した重要なアミノ酸を二次構造形成能が異なる様々なアミノ酸に変異させ、ヘリックス形成能がドメインスワップ二量体形成能と強く相関することを明らかにした。ドメインスワップ二量体形成能が高い変異型ミオグロビンは、エタノール処理により多量化させると、二量体の他に四量体、六量体と思われる多量体が安定に形成することが示唆された。このような大きな多量体は天然のミオグロビンでは非常に不安定であった。以上の結果より、ヒンジ領域のアミノ酸の二次構造形成能をコントロールすることで大きな多量体を安定に作製可能であり、四量体やさらに大きな構造体の構築が可能であることが示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究実施計画では、平成29年度は二量体をビルディングブロックとした四量体構築に取り組む予定であった。アプローチの仕方は変更したが、予定通りに目標とした安定な四量体の作製に成功し、さらに大きな多量体の形成も示唆されているため、おおむね順調に進展していると判断した。平成29年度に得られた結果は、タンパク質の多量体形成において新規な知見であるため、学術論文として報告する。現在、不足分のデータを収集し、論文を執筆中である。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成29年度は予定通りに研究が進展したため、平成30年度は研究実施計画に記した通り、ヘテロな四量体構築および機能部位間の連携を狙ったタンパク質デザインと機能評価を行う。具体的には、ヒンジ領域に二次構造形成能の高いアミノ酸を導入した変異体をベースとして、二量体分子間のへリックスーへリックス界面に疎水性相互作用が生まれるような変異導入を加えプロトマー間のコンタクトを強くし、各プロトマーの機能性部位に生じる構造変化がプロトマー間で伝わるようなデザインをミオグロビンに施す。X線結晶構造解析による構造決定と機能評価をプロトマー界面のデザインにフィードバックし、ミオグロビン多量体の連携機能の向上を目指す。
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| Causes of Carryover |
（理由）当初、微量分光光度計を購入予定であったため予算計上していたが、研究実施場所において購入予定であった微量分光光度計と同等の性能を有する機械を利用できることになったため、購入を中止した。しかし、次年度以降の研究期間に購入する必要が生じる可能性があるため、次年度に予算を利用することとした。
（使用計画）現在利用している微量分光光度計が利用不可能となった場合、微量分光光度計を購入するために使用し、利用不可能とならなかった場合は消耗品および旅費として使用する。
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