sHspを中心とする分子シャペロンシステムによる変性タンパク質処理機構の解明

2008 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20059013
• 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: シヤペロン / sHsp / 分裂酵母 / フォールデイング / 古細菌 / 構造変化

Research Abstract

sHspは生物界に普遍的に存在する分子シャペロンで、変性タンパク質の不可逆的凝集を抑制する機能をもつ。通常の温度条件下では分子量12〜43kDaのサブユニットが大きなオリゴマーを形成しており、熱によってその構造が可逆的に解離する。解離したsHspは変性タンパク質と結合し、基質を含んだ巨大な可溶性複合体を形成することで、変性タンパク質の凝集を防ぐと考えられている。分裂酵母Schizosaccharomyces pombe由来sHspであるSpHsp 16.0について、相互作用する細胞内在タンパク質を同定することを目的に実験を行った。野生株のライセートにSpHsp16.0-FLAGを添加し熱ストレスを加え、SpHsp16.0-FLAG-基質複合体を免疫沈降により分離した。SDS-PAGEにて確認された各バンドをLC/MS/MSで解析した結果、34種のタンパク質が同定された。さらにこれらは熱ストレスを加えることでSEC-HPLCの溶出位置がシフトし、SpHsp16.0-基質複合体と同様の高分子量を示すことが明らかとなった。これらのタンパク質には-見して共通した機能・構造がみられないことから、sHspは基質特異性をもたず、細胞内において様々なタンパク質を熱ストレスから保護することが示唆された。好酸好熱性古細菌Sulfolobus tokodaii strain 7由来StHsp14.0のC末端IXI/Vモチーフ(IKI)をFKF, FKI, IKF, WKWに変異させた変異体を作製し、温度依存的な解離とシャペロン機能を解析した。各変異体は、野生型に比べ低温(FKI, IKF, WKWは50℃、FKFは25℃)で解離した。いずれの変異体も、解離温度以上で基質の凝集を抑制した。凝集抑制活性はFKFよりもFKI, IKF, WKWの方が高かった。そこで、CSとの複合体の分子量をX線小角散乱による原点散乱強度から算出した。WKWはCS1分子に対し24分子が結合し凝集を抑制している事が明らかとなった。FKFも完全にダイマーに解離した状態からCSと複合体を形成していく様子を観察する事ができたが、WKW-CS複合体より小さかった。これは、FKFがIXI/Vモチーフを介したダイマー間相互作用が弱い為と考えられ、StHsp14.0の効率的な凝集抑制には、この相互作用が重要である事を示唆している。

Research Products

• [Journal Article] Characterization of a sHsp of Schizosaccharomyces pombe, SpHsp15.8, and theimplication of its functional mechanism by comparison with another sHsp, SpHsp 16.0 (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: Protein 74 Pages: 6-17
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamics of group II chaperonin and prefoldin probed by 13C NMR spectroscopy (2008)
  • Author(s): Kurimoto E, Nishi Y, Yamaguchi Y, 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 StHsp14.0, a small heat shock protein from the acidothermophilic archaeon, Sulfolobus tokodaii 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, Miyala 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: I 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, Kuwaiima 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, Fujihashi 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 crystallogranhy using a novel substrate, tert-butylisonitrile (2008)
  • Author(s): Hashimoto K, Suzuki H, Taniguchi K, Noguchi T, Yohda M, & Odaka M.
  • Journal Title: Catalytic mechanism of nitrile hydratase proposed by time-resolved X-ray crystallogranhy using a novel substrate, tert-butylisonitrile 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回日本生化会大会、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, Fuiii 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, Sahlan M, Maki K. Kowaiima 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 Sorina 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