Analysis of dynamic structural changes in a homotetrameric enzyme adapting its functions to environmental changes

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K06509
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43020:Structural biochemistry-related
• Research Institution: Yokohama City University
• Principal Investigator: Ikegami Takahisa 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: 解糖系 / GAPDH / アロステリック効果 / ホモ多量体 / NMR

Outline of Final Research Achievements

Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) is an enzyme that plays a crucial role in the glycolytic pathway and forms a homotetrameric structure composed of four identical subunits. GAPDH is known as a moon-lighting protein as it transforms into a protein with different functions from its original glycolytic function when cells age and are exposed to oxidative stress. The mechanism of this transformation was analyzed using NMR, thermal shift assay, and analytical gel filtration. The results suggest that the change in function is due to an alteration in the number of subunits. This was particularly evident when ATP was present in the absence of the coenzyme, NAD.

Free Research Field

構造生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

GAPDH は生化学的に長らく研究されてきた分子であり、従来よりサブユニット分裂が機能変化に関与する可能性が示唆されてきた。しかし、決定的な証拠はなく、議論の的となっていた。本研究では、分析ゲル濾過による分子レベルの解析とNMRによる原子レベルの解析を組み合わせることで、このサブユニット分裂を原子レベルで実証した。このサブユニット分裂は、老化や酸化ストレスによって引き起こされる。またGAPDH は、アルツハイマー病やパーキンソン病の発症に関わる分子との相互作用も報告されており、重要な役割をもつことが示唆されている。