2021 Fiscal Year Research-status Report
Mechanism of protein aggregation induced by polyphosphate analogues with multivalent charges
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20K06580
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
山口 圭一 大阪大学, 国際医工情報センター, 寄附研究部門助教 (90432187)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | アミロイド線維 / ポリリン酸 / 酸 / アニオン / 液-液相分離 / 塩析作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
現在、アルツハイマー病やパーキンソン病、透析アミロイド病など30種類以上のアミロイド病が知られている。一方、液-液相分離を介した膜の無い細胞内小器官が近年注目されているが、アミロイド形成との関連について詳細は不明である。本研究では、多数のリン酸基からなるポリリン酸や核酸、ATPなどの多価の電荷をもつ生体分子に注目して、アミロイド線維形成と液-液相分離との関連性とその生理的役割を解明することを目的とする。
これまで申請者は、パーキンソン病の原因蛋白質であるαシヌクレインを用いて、そのアミロイド形成におけるポリリン酸の役割を明らかにしてきた。本年度は、アミロイド線維の形成機構を明らかにするため、塩酸や硫酸などの酸を用いて、透析アミロイド病の原因蛋白質であるβ2ミクログロブリンのアミロイド線維形成におけるアニオンの効果について調べた。その結果、比較的高濃度の酸または塩の溶液中では、ホフマイスター系列におけるアニオンの塩析作用によりアミロイド線維形成が促進され、さらに高濃度の酸や塩の溶液中ではアモルファス凝集体形成が促進された。また、蛋白質の沈殿剤としてしばしば用いられているトリクロロ酢酸も低濃度領域でアミロイド線維形成を促進した。一般に、酸は蛋白質を変性させる作用があるが、酸に含まれる塩化物イオンや硫酸イオンなどのアニオンにより、アミロイド線維形成が促進されると考えられる。
また、アデノシン三リン酸（ATP）によるアミロイド線維形成に関しても実験を行った。その結果、ATPは細胞内の濃度に匹敵する数mMでαシヌクレインのアミロイド形成を促進した。ATPの役割には、凝集体形成の促進と抑制の相反する二つの性質がある。ATPの役割について再検討して、論文発表に向けて準備を進める。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では、多価の電荷をもつ生体高分子に注目して、アミロイド線維形成と液-液相分離との関連性とその生理的役割を解明することを目的としており、令和２年度は、ポリリン酸によるαシヌクレインのアミロイド線維形成の促進に関して論文発表した。令和３年度は、酸または塩に含まれるアニオンによるβ2ミクログロブリンのアミロイド線維形成に関して論文発表した。
また、申請者はアデノシン三リン酸（ATP）によるアミロイド線維形成に関して実験を行ってきた。生体内では、ATPはエネルギー通貨としての役割があり、もっとも重要な生体分子の一つであるが、リン酸基を3つ持っており、ポリリン酸類縁体であると考えられる。超音波照射下において、アミロイド線維形成について調べた結果、ATPは細胞内の濃度に匹敵する数mMでαシヌクレインのアミロイド形成を促進した。一方、ATPは“ハイドロトロープ”として、疎水性分子を溶かし込む役割があり（Patel, A.et al. Science 2017）、注目を集めている。このようにATPの役割には、凝集体形成の促進と抑制の相反する二つの性質がある。現在、ATPの役割について再検討して、論文発表に向けて準備を進めている。
また、ポリリン酸を用いて、アルツハイマー病の原因蛋白質であるタウ蛋白質のアミロイド線維形成について調べた。その結果、多価の硫酸基をもつヘパリン存在下より、ポリリン酸存在下において、タウ蛋白質のアミロイド形成は著しく促進された。今後、ポリリン酸によるアミロイド線維の促進機構について解析する。
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| Strategy for Future Research Activity |
液-液相分離に関して、ポリエチレングリコールとデキストランの二相分離系を構築して、現在、αシヌクレインのアミロイド線維形成と液-液相分離との関連性について検討している。今後、アルツハイマー病の原因蛋白質であるタウ蛋白質を用いて液-液相分離によるアミロイド線維形成機構について調べる予定である。タウ蛋白質のアミロイド線維については毛羽のような形態をしていることが報告されている。電子顕微鏡を用いて、アミロイド線維の形態について詳細に調べる。また、低温において、ポリエチレングリコールとデキストランの二相分離系以外の条件でもタウ蛋白質は液滴を形成した。高温にすることで分子間の疎水的相互作用が強くなり、液滴が溶けてアミロイド線維が形成される可能性がある。液-液相分離とアミロイド線維形成との関連性とその生理的役割について検討する。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルスの影響で学会がオンラインになり旅費が不必要になった。また、2020年度からの繰越金があったため、次年度使用額が生じた。実験は概ね計画通りに進んだ。
2022年度については、実験を計画通りに進める。また、学会がオンラインになり旅費が不要になる場合は計画的に使用する。
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