2023 Fiscal Year Research-status Report

Structural basis of the structural development of amyloid fibrils via the prefibrillar intermediates revealed by cryo-electron microscopy

Research Project

Project/Area Number	22K03555
Research Institution	Jichi Medical University
Principal Investigator	山本直樹自治医科大学, 医学部, 講師 (90580671)
Project Period (FY)	2022-04-01 – 2025-03-31
Keywords	アミロイド中間体 / クライオ電子顕微鏡 / アミロイド線維 / 単粒子解析
Outline of Annual Research Achievements	アミロイド線維はアルツハイマー病とはじめとする様々な疾患に関連すると言われており、その形成機序を明らかにすることは必須の課題である。近年、アミロイド線維形成前に中間体が形成され、その中間体が何らかの構造転換を引き起こしてアミロイド線維になるというモデルが提唱されている。従って、この構造転換過程の仕組みを明らかにすることは重要であり、そこから得られる知見は中間体をターゲットとした創薬指針の提唱にもつながる。本研究では、インスリンに由来するアミノ酸30残基のペプチド、B chainをアミロイド線維形成モデルペプチドとして用い、中間体からアミロイド線維への構造転換過程を、クライオ電子顕微鏡を用いて明らかにすることが目的である。今年度は、前年度に引き続いて、クライオ電子顕微鏡を用いて得られた高分解能画像を元に中間体の構造解析を進めた。さらに、２年度目の目標であった、中間体構造の比較対象であるアミロイド線維の構造解析を試みた。まず、中間体の構造解析は、解析に用いる様々なパラメータを変化させて行ったが、いずれも類似したフレキシブルな構造となり、アミロイド線維と異なり、中間体は依然として定まった構造を形成していない部分が多いことを再確認した。また、アミロイド線維については、クライオ電子顕微鏡で効率よく観察できるための条件検討を行い、最適な濃度並びにpH条件を見出した。この条件において300kV電子加速度のクライオ電子顕微鏡を用いた測定を行い、解析に十分耐えうるデータの取得に成功した。さらに、簡易的な解析により、アミロイド線維様の構造体を確認することができた。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason ２年度目の目標であった、中間体構造の比較対象となるアミロイド線維の構造解析が順調に進んでいるため。
Strategy for Future Research Activity	３年度目は、電子顕微鏡の高分解能画像データ取得に成功したアミロイド線維の構造解析を進めることにより、線維構造の高分解能構造、中間体構造と比較することにより、中間体からアミロイド線維になる際にどのような構造変化が起こるのかを明らかにすることで、アミロイド線維形成に必要な構造転換の要素を明らかにする。その知見をもとに、中間体に着目した、ジェネラルなアミロイド線維形成阻害剤の設計指針を提唱する。
Causes of Carryover	クライオ電子顕微鏡測定を年度末に行ったため、支払いが次年度にずれ込んだことから、その予算を確保した。