2019 Fiscal Year Research-status Report
Structural analysis of imperfectly assembled nanostructures using high-resolution solid-state NMR
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18KK0397
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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, 先端科学技術研究科, 助教 (30452535)
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| Project Period (FY) |
2019 – 2021
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| Keywords | タンパク質 / ナノ構造体 / 高分解能構造解析 / 固体NMR / ナノディスク / 膜タンパク質 / 脂質膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
タンパク質や脂質などの生体分子が集合して形成される分子複合体は単分子では実現不可能な多彩な機能と構造を有しているナノ構造体である。これまでナノ構造体の中では、ビルディングブロックとなるタンパク質の構造ゆらぎが小さく、分子の会合様式の揃った結晶性の良いものだけが原子レベルでの構造解析をされてきた。一方で、ナノ構造体でも複数のコンフォメーションをとるものがあり、例えば研究代表者は、タンパク質が分子間で部分構造を交換して多量化するドメインスワッピングにおいて、会合の様式が複数混ざった多量体がマイナー成分として形成されることを見出している。そのため、均一性の高い規則的なナノ構造体を制御して作るためには、既存の構造解析法で明らかになっていない不完全な配列を有するナノ構造体の構造をより高精度でかつ原子レベルで明らかにすることが重要となる。本研究課題では、原理的に解析の対象となる分子の大きさに制限が無い固体高分解能NMRを主に用いて、不完全に配列したナノ構造体の構造解析を行い、分子設計へとフィードバックすることで、タンパク質ナノ構造体の構築法を磨くことを目的とする。
本年度は、固体NMRを用いて脂質膜中のタンパク質やアミロイド線維などの構造についての研究を行い、当該研究分野をリードしているミシガン大学のA. Ramamoorthy教授の研究室にVisiting Scholarとして約6か月間滞在した。ミシガン大学滞在中、NMRでより高精度な構造解析が可能になる磁場配向性を有するポリマーナノディスクを用いた膜タンパク質の構造解析法の発展に向けた研究と、13Cおよび15N安定同位体ラベル化したドメインスワップ多量体を固体高分解能NMRで測定した。以上の研究を通じて日本ー米国間の国際共同研究体制を構築し、研究代表者の帰国後も継続して共同研究を行っている。
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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
本研究課題の重要な点として、不完全な配列を有するナノ構造体の構造解析に有効な固体高分解能NMR解析を行うための日本ー米国間の国際共同研究体制を構築することが挙げられる。本年度は、研究代表者が固体高分解能NMRを用いた膜タンパク質やアミロイド線維などの構造解析において顕著な業績を有するミシガン大学（米国）化学科・生物物理学科のRamamoorthy教授の研究室にVisiting Scholarとして約6か月間滞在した。ミシガン大学滞在中、膜タンパク質の高精度な構造解析法の新規手法の開発とタンパク質多量体の固体高分解能NMR解析を行い、帰国後も国際共同研究体制を継続している。以上の点より、本年度はおおむね順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はまず、本年度にミシガン大学滞在中に行った研究を日本においても進展させるため、ミシガン大学と同等の研究環境を国内において構築する。具体的には、大阪大学蛋白質研究所の研究者と共同して、これまで研究代表者が課題採択されていた超高磁場NMRと、新たに高感度の固体高分解能NMR測定が可能な動的核分極NMRを利用したタンパク質ナノ構造体解析を行う。日本における共同研究のネットワークを広げることで、日本ー米国の研究者間の国際ネットワーク構築を推進する。
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