高圧力NMR法によるポリユビキチンの高次構造変化の解明

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22770114
• Research Institution: Ritsumeikan University
• Principal Investigator: 北原 亮 立命館大学, 薬学部, 講師 (70512284)
• Keywords: NMR / 高圧力 / 蛋白質 / 高エネルギー構造 / 水和

Research Abstract

高圧力NMR法によりK48結合型ジユビキチンの構造揺らぎ研究を行った。K48結合型ジユビキチンは、ユビキチンのK48側鎖アミノ基と他方のユビキチンのG76主鎖カルボキシル基で共有結合した分子構造を持つ。2つのサブユニットは結合部位周辺で異なる構造を持つため、それぞれを別々に15N安定同位体標識したジユビキチンを作成した(岡崎統合バイオ・加藤晃一教授との共同研究)。ジユビキチンは2つのサブユニットの配向が近接したClosedコンフォメーションと離れたOpenコンフォメーションを有することが知られている。3000気圧の加圧により、2つのサブユニットの配向変化とサブユニット内の構造変化を調べた。HSQC測定から、1H,15N核の化学シフト情報を収集し、15N-スピン緩和測定から、主鎖アミド基のダイナミクス情報を収集した。単体のユビキチンの化学シフト値は、完全なOpenコンフォメーションの良いモデルである。Closedコンフォメーションのモデルとして、K48とG76を環状につないだ環状ジユビキチンを作成した。ジユビキチンの化学シフト値は、加圧とともに単体のそれに近づくためOpenコンフォメーションが安定化されることが分かった。またR2値の増加が一部の領域で確認された。その部位は単体ユビキチンの圧力効果と類似しており、ジユビキチンの各サブユニット内では単体のそれと同様に天然状態(N1)と準安定状態(N2)の間の構造揺らぎが生じていることが示唆された。

Research Products

• [Journal Article] Structural plasticity of staphylococcal nuclease probed by perturbation with pressure and pH (2011)
  • Author(s): Ryo Kitahara, Kazumi Hata, Akihiro Maeno and Kazuyuki Akasaka, Michael Chimenti, Bertrand Garcia-Moreno, E. Martin A. Schroer, Christoph Jeworrek, Metin Tolan, Roland Winter, Julien Roche, Christian Roumestand, Karine Montet de Guillen and Catherine A. Ro
  • Journal Title: Proteins Volume: 79 Pages: 1293-1305
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 高圧力NMRで見る蛋白質の高エネルギー構造の世界 (2011)
  • Author(s): 北原亮
  • Organizer: よこはまNMR構造生物学研究会 第41回ワークショップ
  • Place of Presentation: 理化学研究所横浜研究所(神奈川県)
  • Year and Date: 2011-03-02
• [Presentation] The Functional Importance of Locally Disordered Structures of Proteins (2011)
  • Author(s): Ryo Kitahara
  • Organizer: Intrinsically disordered regions in proteins and related topics
  • Place of Presentation: 立命館大学(滋賀県)
  • Year and Date: 2011-01-31
• [Presentation] High pressure NMR reveals a locally disordered conformation of insulin (2010)
  • Author(s): Ryo Kitahara, Akiko Tanji, Souichirou Kitazawa, Yoshihiro Taniguchi
  • Organizer: Pacifichem 2010
  • Place of Presentation: ハワイ・アメリカ
  • Year and Date: 2010-12-19
• [Presentation] High-Energy State Mutant of Ubiquitin (2010)
  • Author(s): Soichiro Kitazawa, Maho Yagi, Kenji Sugase, Koichi Kato, Ryo Kitahara
  • Organizer: The 4th International Symposium, Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
  • Place of Presentation: 近江ピアザ(滋賀県)
  • Year and Date: 2010-11-30
• [Presentation] NMR Characterization of High-Energy state of ubiquitin and poly-ubiquitin (2010)
  • Author(s): Ryo Kitahara
  • Organizer: The 4th International Symposium, Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
  • Place of Presentation: 近江ピアザ(滋賀県)
  • Year and Date: 2010-11-30
• [Presentation] 準安定状態が安定化されたユビキチン変異体 (2010)
  • Author(s): 北沢創一郎、矢木真穂、菅瀬謙治、加藤晃一、北原亮
  • Organizer: 第49回NMR討論会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀(東京都)
  • Year and Date: 2010-11-15
• [Presentation] 高圧力NMR法によるLys48結合型ジユビキチンの構造揺らぎ (2010)
  • Author(s): 北原亮、平野貴志、矢木真穂、秦和澄、赤坂一之、加藤晃一
  • Organizer: 第49回NMR討論会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀(東京都)
  • Year and Date: 2010-11-15
• [Presentation] 準安定構造が安定化したユビキチン変異体のNMR解析 (2010)
  • Author(s): 北沢創一郎, 矢木真穂, 菅瀬謙治, 加藤晃一, 北原亮
  • Organizer: 第60回日本薬学会近畿支部総会・大会
  • Place of Presentation: 摂南大学(大阪府)
  • Year and Date: 2010-10-30
• [Presentation] Conformational fluctuation of highly stable form of staphylococcal nuclease delta +PHS and its V66K variant studied by high pressure NMR spectroscopy (2010)
  • Author(s): Ryo Kitahara, Kazumi Hata, Akihiro Maeno, Michael Chimenti, Bertrand Garcia-Moreno, E.Julien Roche, Christian Roumestand, Karine Montet de Guillen, Catherine A.Royer, Kazuyuki Akasaka
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)
  • Year and Date: 2010-09-21
• [Presentation] Dynamics of Lys48-linked di-ubiquitin as studied by NMR spectroscopy (2010)
  • Author(s): Takashi Hirano, Olivier Serve, Maho Yagi, Tsunehiro Mizushima, Ryo Kitahara, Koichi Kato
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)
  • Year and Date: 2010-09-21
• [Presentation] High pressure NMR reveals significant shifts in populations of higher-energy conformers in ubiquitin variants (2010)
  • Author(s): Souichirou Kitazawa, Maho Yagi, Koichi Kato, Kazuyuki Akasaka, Ryo Kitahara
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)
  • Year and Date: 2010-09-21
• [Presentation] The Functional Importance of Locally Disordered Structures of Proteins (2010)
  • Author(s): Ryo Kitahara, Kazuyuki Akasaka
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)
  • Year and Date: 2010-09-21
• [Presentation] Conformational fluctuation of Lys48-linked diubiquitin characterized by high-pressure NMR spectroscopy (2010)
  • Author(s): Ryo Kitahara, Takashi Hirano, Maho Yagi, Kazumi Hata, Yoshihiro Taniguchi, Kazuyuki Akasaka, Koichi Kato
  • Organizer: 第48回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 東北大学(宮城県)
  • Year and Date: 2010-09-20
• [Presentation] High pressure NMR reveals evolutinally conserved intermediates between ubiquitin and NEDD8 (2010)
  • Author(s): Ryo Kitahara
  • Organizer: 13th international symposium at MNRC
  • Place of Presentation: 滋賀医科大学(滋賀県)
  • Year and Date: 2010-09-01
• [Presentation] High-pressure NMR characterizes conformational fluctuation of Lys48-linked diubiquitin (2010)
  • Author(s): Ryo Kitahara, Takashi Hirano, Maho Yagi, Kazumi Hata, Yoshihiro Taniguchi, Kazuyuki Akasaka, Koichi Kato
  • Organizer: 24th International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems
  • Place of Presentation: ケアンズ オーストラリア
  • Year and Date: 2010-08-23
• [Presentation] Conformational fluctuation of highly stable form of staphylococcal nuclease ・+PHS and its V66K variant studied by high pressure NMR spectroscopy (2010)
  • Author(s): Ryo Kitahara, Kazumi Hata, Akihiro Maeno, Michael Chimenti, Bertrand Garcia-Moreno, E.Julien Roche, Christian Roumestand, Karine Montet de Guillen, Catherine A.Royer, Kazuyuki Akasaka
  • Organizer: 24th International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems
  • Place of Presentation: ケアンズ オーストラリア
  • Year and Date: 2010-08-23
• [Presentation] 高圧力NMR法によるユビキチンの高エネルギー構造に基づく構造-機能相関研究 (2010)
  • Author(s): 北原亮、北沢創一郎、坂田絵理、平野貴志、矢木内海真穂、谷口吉弘、水島恒裕、赤坂一之、加藤晃一
  • Organizer: 第10回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター(北海道)
  • Year and Date: 2010-06-18
• [Book] 広がるNMRの世界-40人の研究者からの熱いメッセージ- (2011)
  • Author(s): 朝倉哲郎(編著), 北原亮, ら
  • Total Pages: 182
  • Publisher: コロナ社
• [Remarks]
  • URL: http://www.ritsumei.ac.jp/pharmacy/kitahara/kitahara_lab.html