2021 Fiscal Year Annual Research Report
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19K06584
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
関山 直孝 京都大学, 理学研究科, 助教 (50758810)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 液-液相分離 / 天然変性タンパク質 / 神経変性疾患 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞が熱ショックや低酸素などのストレスを感知すると、mRNAを保護・貯蔵するためストレス顆粒を形成する。ストレス顆粒には蛋白質を可逆的に凝集解離させる性質がある。近年、この可逆的凝集のメカニズムとして、天然変性蛋白質領域（IDR）の液-液相分離（LLPS）が注目を集めている。IDRは、2次構造など特定の立体構造を持たないアミノ酸領域のことで、このIDRが液滴を形成するLLPSという現象が発見された。しかし、IDRの液滴がなぜ可逆的に凝集するのかと言う物理化学的な理解は不十分であった。そこで、IDRが形成する液滴やアミロイド様繊維などの高次凝集体構造を原子レベルで決定し、可逆的に凝集・解離を繰り返すことができるメカニズムを明らかにすることを目的とした。
本研究ではモデル蛋白質として、TIA1 (T-cell intracellular antigen 1) を用いた。TIA1のC末端に存在するプリオン様ドメイン（TIA1 PLD）は液滴を形成する。初めに、核磁気共鳴法（NMR）を用いた緩和時間測定を行なった。野生型および疾患関連変異型の緩和時間を比較することで、変異による局所的な構造および運動性の変化を残基レベルで特定した。次に、NMR測定から明らかになった局所的な運動性の変化を詳細に解析するため、全原子分子動力学計算を行なった。その結果、筋萎縮性側索硬化症（ALS）に関与するP362L変異は、野生型に比べてベータヘアピン構造を形成しやすい傾向があることがわかった。さらに、ALS関連アミノ酸変異であるA381Tの分子間相互作用に対する影響を構造的に明らかにするために、野生型およびA381T変異型ペプチドの結晶構造解析を行なった。その結果、野生型ペプチドはタンパク質-溶媒相互作用を優先するのに対し、A381T変異型はタンパク質-タンパク質相互作用に有利に働くことが示唆された。
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