グループ2型シャペロニン機能発現の分子機構

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19370038
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 養王田 正文 Tokyo University of Agriculture and Technology, 大学院・共生科学技術研究院, 教授 (50250105)
• Keywords: シャペロン / シャペロニン / 古細菌 / ストレス / フォールデイング

Research Abstract

超好熱性古細菌Thermococcus strain KS-1由来Group II型シャペロニンは、ATPにより頂点ドメインに位置するhelical protrusionを中心とした構造変化が引き起こされ、open構造からclosed構造へと変化することで、補足した変性タンパク質をシャペロニン内部空洞に閉じ込め、foldingを促進する。このATP依存的な構造変化はサブユニット間の協同した作用により引き起こされるが、その詳細は解明されていない。我々は、シャペロニンリング内の特定の位置に、「ATP加水分解部位に変異を導入した変異体サブユニット」と「helical protrusion欠損変異体サブユニット」をそれぞれ様々に導入したシャペロニンを作成し、これらのシャペロニンのfolding活性やATP依存的な構造変化を生化学的実験およびX線小角散乱実験などを用いて解析し、サブユニット間の協同性を解析した。本解析の結果、II型シャペロニンのATP依存的なopen構造からclosed造への変化では、最初にATP結合・加水分解により各サブユニットのhelical protrusionを中心とした局所的な構造変化が起こり、その後、隣接したhelical protrusion間のcommunicationが起こることでclosed構造を形成するようになることを明らかになった。さらに、Stopped flowを用いて、II型シャペロニンの「ATP依存的な構造変化」の速度論的に解析を行った。まず、Helical Protrusionの先端にトリプトファンを導入した変異体L265Wを用いて、ATPの結合に伴うシャペロニンの構造変化速度を解析した。ATPが結合するとリングの蓋が閉じ、トリプトファンが疎水的環境になるため蛍光強度が増加する。様々なATP濃度でStopped flow実験を行い、蛍光強度の変化を測定した。その結果、シャペロニン各サブユニットにATPが結合し構造変化するまでの反応過程は上記のモデルで説明でき、その速度定数を明らかにすることができ

Research Products

• [Journal Article] Characterization of a sHsp of Schizosaccharomyces pombe, SpHsp l5.8, and theimplication of its functional mechanism by comparison with another sHsp, SpHsp l6.0. (2009)
  • Author(s): Sugino C, Hirose M, Tohda H, Yoshinari Y, Abe T, Giga-Hama Y, Iizuka R, Shimizu M, Kidokoro s, Ishii N, & Yohda M.
  • Journal Title: Proteins 74 Pages: 06-17
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamics of group II chaperonin and prefoldin probed by 13C NMR spectroscopy. (2008)
  • Author(s): Kurimoto E, Nishi Y, YamaguchiY, Zako T, Iizuka R, Ide N, Yohda M, & Kato K.
  • Journal Title: Proteins 70 Pages: 1257-1263
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Role of the IXI/V motif in oligomer assembly and function of StHsp14.O, a small heat shock protein from the acidothermophilic archaeon, Sulfolobustokodaii strain 7 (2008)
  • Author(s): Saji H, Iizuka R, Yoshida T, Abe T, Kidokoro s, Ishii N, & Yohda M.
  • Journal Title: Proteins 71 Pages: 771-782
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structure and molecular dynamics simulation of archaeal prefoldin: the molecular mechanism for binding and recognition of nonnative substrate proteins (2008)
  • Author(s): Ohtaki A, Kida H, Miyata Y, Ide N, Yonezawa A, Arakawa T, Iizuka R, Noguchi K, Kita A, Odaka M, Miki K, & Yohda M.
  • Journal Title: J. Mol. Biol. 376 Pages: 1130-1141
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Functional characterization of recombinant prefoldin complexes from a hyperthermophilic archaeon, Thermococcus sp. strain KS-1 (2008)
  • Author(s): Iizuka R, Sugano Y, Ide N, Ohtaki A, Yoshida T, Fujiwara s, Imanaka T, & Yohda M.
  • Journal Title: J. Mol. Biol. 377 Pages: 972-983
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sequential action of ATP-dependent subunit conformational change and interaction between helical protrusions in the closure of the built-in lid of group II chaperonins (2008)
  • Author(s): Kanzaki T, Iizuka R, Takahashi K, Maki K, Masuda R, Sahlan M, Yebenes H, Valpuesta JM, Oka T, Furutani M, Ishii N, Kuwajima K, &Yohda M.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. 283 Pages: 34773-34784
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural and molecular characterization of the prefoldin beta subunit from Thermococcus strain KS-1. J. Mol. Biol/., 383:465-474. (2008)
  • Author(s): Kida H, Sugano Y, Iizuka R, Fuiihashi M, Yohda M, & Miki K.
  • Journal Title: J. Mol. Biol. 383 Pages: 465-474
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Catalytic mechanism of nitrile hydratase proposed by time-resolved X-ray crystallography using a novel substrate, tert-butylisonitrile (2008)
  • Author(s): Hashimoto K, Suzuki H, Taniguchi K, Noguchi T, Yohda M. & Odaka M.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. 283 Pages: 36617-36623
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Sequential action of ATP dependent subunit conformational change and interaction between helical protrusions in the closure of the built-in lid of group II chaperonins (2008)
  • Author(s): Yohda M, Kanzaki T, Masuda R, Sahlan M
  • Organizer: 第81回目本生化学会大会、第31会分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場、神戸
  • Year and Date: 2008-12-12
• [Presentation] Structure, Function and Application of Hyperthermophilic Molecular Chaperones (2008)
  • Author(s): Yohda M, Sugano Y, Miyoshi E, Hanada M, Yonezawa A, Ohtaki A, Horiuchi H, Oda M, Tani T, Fujii I
  • Organizer: The 3rd International Workshop on Approaches t Single-Cell Analysis
  • Place of Presentation: Zurich, Switzerland
  • Year and Date: 2008-09-12
• [Presentation] ATP-DEPENDENT CONFORMATIONAL CHANGE MECHANISM OF GROUP II CHAPERONINS ELUCIDATED USINGCHAPERONIN COMPLEXES CONTAINING MUTANT SUBUNITS IN THE ORDERDED FASHION (2008)
  • Author(s): Yohda M, Kanzaki T, Iizuka R, Takahashi K, Masuda R, SahlanM, Maki K, Kuwajima K
  • Organizer: 22th Protein Society Symposium
  • Place of Presentation: San Diego, USA
  • Year and Date: 2008-07-22
• [Presentation] SUBSTRATE RECOGNITION MECHANISM OF PYROCOCCUS PREFOLDIN REVEALED BY X-RAY CRYSTAL STRUCTUIRE ANALYSIS AND MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION (2008)
  • Author(s): Yohda M, Ohtaki A, Miyata Y, Kida H, Yonezawa A, Noguchi K, Miki K
  • Organizer: MOLECULAR CHAPERONES & STRESS RESPONSES
  • Place of Presentation: Cold Spring Harbor, USA
  • Year and Date: 2008-05-03
• [Presentation] ATP-DEPENDENT CONMORMATIONAL CHANGE MECHANISM OF GROUP II CHAPERONINS ELUCIDATED USING CHAPERONIN COMPLEXES (2008)
  • Author(s): T. Kanzaki, R. Iizuka, K. Takahashi, H. Yebenes, R. Masuda, K. Maki, N. Ishii, M. Sahlan, J. M. Valpuesta, K. Kuwajima, M. Yohda
  • Organizer: MOLECULAR CHAPERONES & STRESS RESPONSES
  • Place of Presentation: Cold Spring Harbor, USA
  • Year and Date: 2008-05-02