パーキンソン病発症と関連する天然変性蛋白質α-シヌクレインの「非構造生物学」

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20H03232
• Research Institution: National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology
• Principal Investigator: 藤原 悟 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学領域, 専門業務員(任常) (10354888)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 天然変性蛋白質 / シヌクレイン / パーキンソン病 / 中性子散乱

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、パーキンソン病発症と深く関係する蛋白質α-シヌクレイン（αSyn）のアミロイド線維形成の分子機構解明を目指し、アミロイド線維のなりやすさが異なる様々な条件下でのαSynのふるまいを明らかにすることを目指している。そのためには、試料調製技術、特に中性子散乱において決定的に重要な蛋白質重水素化技術の高度化が不可欠である。そこで、研究初年度は、蛋白質重水素化技術高度化に集中した。特に、重水素化の基盤となる重水素化緑藻ペプトンの調製法を検討し、これまで行ってきた方法の半分程度の時間で、同等の収率のペプトンが得られる方法を確立した。このペプトンを用いて大腸菌を培養することにより、通常培地を用いた培養とほぼ同様の増殖曲線が得られることが確認された。これは次年度以降の蛋白質重水素化作業において大きな効率化が期待できる重要な成果である。
一方、αSynは様々な阻害剤の結合や蛋白質へのアミノ酸変異の導入が、線維形成に影響を与えることが知られている。阻害剤や変異によりαSynのふるまいがどのように変化するかを明らかにすることは、線維形成機構解明の上で不可欠である。本研究では、小角散乱と中性子準弾性散乱を併用して、αSynの構造及びダイナミクスを明らかにする。研究初年度は、X線小角散乱法を用いて、種々の阻害剤結合下におけるαSynの構造並びに、パーキンソン病関連のαSyn変異体についての構造を調べた。その結果、阻害剤結合により構造変化が起こることが示された。また、変異の導入によっても構造変化が起こることが明らかとなった。これは今後の解析の基礎となる重要な成果である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究成功のために本質的に重要な蛋白質重水素化技術の高度化に成功したことは、今後の研究の順調な進展の基盤となる。また、阻害剤や変異体導入などによるαSynの構造変化を検出したことは、この変化の実態を明らかにすることで線維形成機構解明に迫れる可能性を示すものであり、本研究の重要性を示すとともに、今後の解析の基盤となる。このように、研究初年度において、今後の研究進捗の基盤となる成果が得られたので、研究は順調に進展していると言える。

Strategy for Future Research Activity

試料調製の面では、初年度に確立した重水素化技術をフルに活用し、実際に蛋白質重水素化、特に特定アミノ酸残基を軽水素化した重水素化蛋白質を実際に調製して蛋白質内部構造及びダイナミクス情報取得可能性を明らかにする。また、初年度の小角散乱に続き中性子準弾性散乱実験を行い、構造変化と対応したダイナミクス変化を明らかにし、αSynにおける構造-ダイナミクス相関を明らかにする。