Real time imaging of prion conversion process using atomic force microscopy

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H03476
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 49060:Virology-related
• Research Institution: Gifu University
• Principal Investigator: Kuwata Kazuo 岐阜大学, 大学院連合創薬医療情報研究科, 教授 (00170142)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: プリオン / 原子間力顕微鏡 / 異常型構造 / オリゴマー / αシヌクレイン / 感染性構造 / 安定2量体

Outline of Final Research Achievements

High speed atomic force microscopy was applied to the elucidation of the pathogenic transformation process of a prion protein. Firstly we clarified that the normal prion protein structure is not unique but distributes from monomer to oligomer conformation. Secondly we found that normal prion protein interacts with the alfa-synuclein, and forms the stable hetero-dimer. Finally using PMCA method, we found that the generated abnormal structures distributes from monomer to hexamer. Interestingly monomer has a head and tail conformation, and interacts each other via tail structure, forming a interprotein network. Intriguingly, Hexamer also has a head and tail structure. These findings will help the elucidation of the final pathogenic structure of a prion.

Free Research Field

生物物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

プリオンが発見されてから、40年経つが、プリオンの感染性構造は、未だに明らかにされていない。それはプリオンは水に溶けない、結晶化できないなど、これまでのタンパク質の構造解析では取り扱えないという方法論的な問題のためである、と考えられて来た。そこで我々は、分子一つ一つを直接、しかも水和した自然な状態で観測できる原子間力顕微鏡を用いて、プリオンの構造解析に挑戦した。その結果、プリオンは正常構造も異常構造も、モノマーからヘキサマーにまで分布していることが分かった。また、αシヌクレインなどの他のタンパク質と相互作用することにより、安定なヘテロダイマー構造を撮ることが明らかとなった。