2020 Fiscal Year Annual Research Report
Real time imaging of prion conversion process using atomic force microscopy
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19H03476
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
桑田 一夫 岐阜大学, 大学院連合創薬医療情報研究科, 教授 (00170142)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 異常型プリオン / 高速原子間力顕微鏡 / 立体構造 / オリゴマー / NMR / 動的光散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
高速原子間力顕微鏡を用い、プリオン蛋白質における生理的条件下での分散状態を調べた。ヒトプリオン蛋白質は、正常型構造においても、単量体ではなく、６量体までのオリゴマーとして、存在していることが分かった。動的光散乱を用いても、正常型プリオン蛋白質は、多分散状態であった。
ところが、ここにαシヌクレインの単量体を入れると、プリオン蛋白質の多分散状態は、解け、まず、αシヌクレインとヘテロ３量体を形成し、その後、ヘテロ２量体となって平衡に達することが分かった。
この２量体において、正常型プリオン蛋白質は構造が破壊され、モルテングロビュール状態となる。一方、αシヌクレインは、ホットスポットやC端末において、正常型プリオンと特異的に結合し、そのアミロイド化を抑制する。このようにαシヌクレインは、シャペロンとして働き、プリオンの異常化、及び凝集を抑制する、と考えられる。
以上の研究により、高速原子間力顕微鏡により、プリオンの単量体、オリゴマー化、異常化抑制機構を解明することができた。
高速原子間力顕微鏡の特徴として、タンパク質１分子の形状は観測可能であるが、定量的なサイズ計測は、高さ解析でのみ可能であることが分かった。形状として、例えば、Head＆Tailのような特徴的な形状は観測できるが、サイズは相対的なものであり、今後の異常化構造の解析には、このような高速原子間力顕微鏡の特徴を踏まえて行うべきである、と考えられる。
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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
高速原子間力顕微鏡による正常型プリオンの形状計測に成功した。これにより、正常型プリオンが、単量体から６量体まで、様々なオリゴマー状態で分散していることが分かった。また、他の分子との相互作用により、コヒーレントな2量体構造になることも、定量的に形状観測することができた。また、NMRや動的光散乱を、補助的手段として利用可能であることが分かった。
これらの知見により、異常感染構造の形状観測を行う上での、高速原子間力顕微鏡の技術的特性を掴むことができたので、異常感染構造を取り扱う上での技術的基盤が整った、と考えられるため。
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| Strategy for Future Research Activity |
Quick法またはPMCA法を用いて、リコンビナントプリオンから増幅したスクレイピー型プリオンを最初の標的とする。本プリオンのマウスに対する感染性は、既に確認されているものを使用する。本試料には、高分子としては、プリオンのみを含んでいるため、同定が容易であり、構造の多形性も容易に確認できる。高速原子間力顕微鏡においては、水平方向の広がりは、定量的な意味はないが、おおよその形状は観測可能である。分子のサイズは、高さから定量可能である。さらにＮＭＲや動的光散乱を補助的に用いる。このようにして、まず、感染性プリオンの構造やその多形性を明らかにする。
ついで、この感染性プリオンの基本構造情報に基づき、プリオンに感染した動物の脳乳液から、感染性プリオンを同定し、その立体構造を解明する。
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