環境に対応して機能を変えるホモ多量体酵素の動的構造変化の解析

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K06509
• Research Institution: Yokohama City University
• Principal Investigator: 池上 貴久 横浜市立大学, 生命医科学研究科, 教授 (20283939)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: GAPDH / 解糖系 / アロステリック効果 / ホモ多量体 / NMR

Outline of Annual Research Achievements

解糖系の第６ステップとして機能するグリセルアルデヒド３リン酸脱水素酵素（GAPDH）は通常はその酵素機能に集中しているが、細胞が酸化ストレスにさらされると、核やミトコンドリアに移行してアポトーシスを引き起こす。その他、相互作用する分子が数十種類知られており、このように機能を変える蛋白質のひとつとして moon-lighting protein と呼ばれている。GAPDH が機能を変える仕組みとして、そのホモ四量体が開裂して二量体や単量体になることが示唆されているが、実際にそれが in-vitro で実証されているわけではない。そこで、筆者は溶液条件を変えても相互作用を容易に検出できる NMR を用いてこれを解析した。まず、過酸化水素などの酸化条件下におくと、立体構造が壊れ凝集が起こることが分かった。アポトーシスが開始される引き金として活性システイン残基のニトロシル化が報告されているが、筆者の NMR の結果では、ニトロシル化による構造の大きな変化は見られなかった。構造変化には、活性システイン残基だけでなく、その他いくつかの残基の酸化が同時に必要であると考えられる。また、補酵素である NAD を外すと変性温度が下がるなど非常に不安定になるが、還元剤を入れるなど慎重に扱えばホモ四量体は維持されたままであった。なお、ここに ATP を加えると低温変性が起こり、二量体や単量体が分析ゲル濾過で検出された。これは温度を上げると再び四量体に戻るなど可逆的であった。以上の結果は、相互作用時にサブユニットが開裂するかどうかの証拠を与えたわけではないが、細胞内には 5 mM もの豊富な ATP が存在することを考えると、ATP との相互作用が、GAPDH の構造平衡において別機能を引き起こすほどのモル比に偏らせるのではないかと考えている。

Research Products

• [Journal Article] 1H, 13C and 15N backbone resonance assignments of hepatocyte nuclear factor-1-beta (HNF1β) POUS and POUHD. (2024)
  • Author(s): Hokazono, S., Imagawa, E., Hirano, D., Ikegami, T., Oishi, K., Konuma, T.
  • Journal Title: Biomol. NMR Assign. Volume: 18 Pages: 59-63
  • DOI: 10.1007/s12104-024-10168-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Interaction modes of human orexin 2 receptor with selective and nonselective antagonists studied by NMR spectroscopy. (2024)
  • Author(s): Imamura, K., Akagi, K., Miyanoiri, Y., Tsujimoto, H., Hirokawa, T., Ashida, H., Murakami, K., Inoue, A., Suno, R., Ikegami, T., Sekiyama, N., Iwata, S., Kobayashi, T., Tochio, H.
  • Journal Title: Structure Volume: 32 Pages: 352-361.e5
  • DOI: 10.1016/j.str.2023.12.008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] NMR analysis of the homodimeric structure of a D-Ala-D-Ala metallopeptidase, VanX, from vancomycin-resistant bacteria. (2024)
  • Author(s): Konuma, T., Takai, T., Tsuchiya, C., Nishida, M., Hashiba, M., Yamada, Y., Shirai, H., Motoda, Y., Nagadoi, A., Chikaishi, E., Akagi, K., Akashi, S., Yamazaki, T., Akutsu, T., Ikegami, T.
  • Journal Title: Protein Sci. Volume: 33 Pages: e5002
  • DOI: 10.1002/pro.5002
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Biophysical insights into the dimer formation of human Sirtuin 2. (2024)
  • Author(s): Suzuki, N., Konuma, T., Ikegami, T., Akashi, S.
  • Journal Title: Protein Sci. Volume: 33 Pages: e4994
  • DOI: 10.1002/pro.4994
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CPMG pulse sequence for relaxation dispersion that cancels artifacts independently of spin states. (2023)
  • Author(s): Konuma, T., Kurita, J., Ikegami, T.
  • Journal Title: J. Magn. Reson. Volume: 352 Pages: 107489
  • DOI: 10.1016/j.jmr.2023.107489
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] GAS41 promotes H2A.Z deposition through recognition of the N terminus of histone H3 by the YEATS domain. (2023)
  • Author(s): M Kikuchi, S Takase, T Konuma, K Noritsugu, S Sekine, T Ikegami, A Ito, T Umehara
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA Volume: 120 Pages: e2304103120
  • DOI: 10.1073/pnas.2304103120
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ベクトルモデルはどのぐらい信じてよいのか？ (2023)
  • Author(s): 池上貴久
  • Journal Title: NMR学会誌 Volume: 13 Pages: 32-40
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 解糖系moonlighting蛋白質GAPDHの環境変化に対応した立体構造変化の解析 (2023)
  • Author(s): 鈴木陽茉梨, 牧山ユキ, 元田容子, 小沼剛, 池上貴久
  • Organizer: 日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] 多機能性タンパク質 GAPDH の立体構造変化と相互作用の解析 (2023)
  • Author(s): 鈴木陽茉梨、牧山ニコレユキ、元田容子、小沼 剛、池上貴久
  • Organizer: NMR 討論会