SAIL-FLYA NMR法による蛋白質全自動構造解析の応用と拡張、及び普及

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21370045
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: PETER GUENTERT 首都大学東京, 戦略研究センター, 客員教授 (20392110)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 池 〓求 首都大学東京, 戦略研究センター, 准教授 (50381554)
• Keywords: SAIL法 / NMRデータの自動帰属 / 構造計算 / CYANA / FLYA

Research Abstract

NOESYスペクトルのみを入力データとし、蛋白質の立体構造を全自動構造解析する手法-NOESY-FLYA法-の実証実験に初めて成功した。即ち、クロレラ由来のユビキチン(76a.a.:SAIL標識)、及び高熱性細菌HB8由来のTTHA1718(66a.a.:二重標識)にNOESY-FLYA法を適用し、従来の手動解析による構造解析と同程度の精度で立体構造解析が全自動的に可能となることを示した(Ikeya et al. in press:DOI10.1007/s10858-011-9502-8)。本法を用いれば、NOESY以外のスペクトル・構造情報を全く必要とせずに、化学シフト帰属から立体構造決定の至るまで全ての解析過程を自動化することができる。ユビキチンの場合にはSAIL標識体を試料として用いたために、NMRシグナルの先鋭化、及びシグナル数の大幅な減少が得られ、自動構造解析上問題となる可能なシグナル帰属の組み合わせ数を一挙に減少させることにつながり、NOESY-FLYA法の成功に導いた。SAIL標識試料は、同程度のアミノ酸残基数の二重標識試料と比較して、6倍程度低濃度の試料溶液を用いてもNOESY-FLYAを用いた全自動構造解析が十分可能であることが示された。
本法を更に高分子量の蛋白質へと適用範囲を拡張する試みにも着手した。このために分子量21kDaの蛋白質DsbAのSAIL標識体の調製を行い、既に一連のスペクトル測定も終了している。現在、進めている解析が成功すれば、20kDaを超える蛋白質を対象とした完全自動解析の世界初の成功例となる。また、本研究課題に関連し、更なる高分子量蛋白質や膜蛋白質の主鎖NMRシグナルの帰属に有効なアミノ酸選択的標識の組み合わせを最適化するアルゴリズムUPLABELの開発も行った(Hefke et al.2011)。

Research Products

• [Journal Article] Optimization of amino acid type-specific ^<13>C and ^<15>N labeling for the backbone assignment of membrane proteins by solution(-)and solid-state NMR with the UPLABEL algorithm{HYPERLINK "http://www.bpc.uni-frankfurt.de/guentert/Reprints/Hefke11-UPLABEL.pdf" \o "http://www.bpc.uni-frankfurt.de/guentert/Reprints/Hefke11-UPLABEL.pdf"} (2011)
  • Author(s): Hefke, F., Bagaria, A., Reckel, S., Ullrich, S.J., Dotsch, V., Glaubitz, C., Guntert, P.
  • Journal Title: J.Biomol.NMR Volume: 49(2) Pages: 75-84
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Solution structure of the mitochondrial protein ICT1 that is essential for cell vitality{HYPERLINK "http://www.bpc.uni-frankfurt.de/guentert/Reprints/Handa_JMolBiol_2010.pdf" \o "http://www.bpc.uni-frankfurt.de/guentert/Reprints/Handa_JMolBiol_2010.pdf"} (2010)
  • Author(s): Handa, Y., Hikawa, Y., Tochio, N., Kogure, H., Inoue, M., Koshiba, S., Guntert, P., Inoue, Y., Kigawa, T., Yokoyama, S., Nameki, N.
  • Journal Title: J.Mol.Biol. Volume: 404(2) Pages: 260-273
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural insight into the zinc finger CW domain as a histone modify-cation reader. (2010)
  • Author(s): He, F., Umehara, T., Saito, K., Harada, T., Watanabe, S., Yobuki, T., Kigawa, T., Takahashi, M., Kuwasako, K., Tsuda, K., Matsuda, T., Aoki, M., Seki, E., Kobayashi, N., Guntert, P., Yokoyama, S., Muto, Y.
  • Journal Title: Structure Volume: 18(9) Pages: 1127-1139
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Solution structure of polytheonamide B, a highly cytotoxic nonribosomal polypeptide from marine sponge{HYPERLINK "http://www.bpc.uni-frankfurt.de/guentert/Reprints/HamadaJACS2010.pdf" \o "http://www.bpc.uni-frankfurt.de/guentert/Reprints/HamadaJACS2010.pdf"} (2010)
  • Author(s): Hamada, T., Matsunaga, S., Fujiwara, M., Fujita, K., Hirota, H., Schmucki, R., Guntert, P., Fusetani, N.
  • Journal Title: J.Am.Chem.Soc. Volume: 132(37) Pages: 12941-12945
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] NMR protein structure determination in living E.coli cells using non-linear sampling. (2010)
  • Author(s): Ikeya, T., Sasaki, A., Sakakibara, D., Shigemitsu, Y., Hamatsu, J., Hanashima, T., Mishima, M., Yoshimasu, M., Hayashi, N., Mikawa, T., Nietlisbach, D., Walchli, M., Smith, B.O., Shirakawa, M., Guntert, P., Ito, Y.
  • Journal Title: Nature Protocols Volume: 5 Pages: 1051-1060
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural investigation of the C-terminal catalytic fragment of presenilin-1. (2010)
  • Author(s): Sobhanifar, S., Schneider, B., Lohr, F., Gottstein, D., Ikeya, T., Filipek, S., Guntert, P., Bernhard, F., Dotsch, V.
  • Journal Title: Proc.Natl.Acad.Sci.USA Volume: 107 Pages: 9644-9649
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] SAIL-Stereo-array isotope labeling. (2010)
  • Author(s): Kainosho, M., Guntert, P.
  • Journal Title: Q.Rev.Biophys. Volume: 42 Pages: 247-300
  • Peer Reviewed