2012 Fiscal Year Annual Research Report
放射光真空紫外円二色性による蛋白質精密構造解析の新展開
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23687020
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Grant-in-Aid for Young Scientists (A)
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
松尾 光一 広島大学, 放射光科学研究センター, 助教 (40403620)
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| Project Period (FY) |
2011-11-18 – 2015-03-31
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| Keywords | 円二色性 / 真空紫外 / 線二色性 / 蛋白質 / 二次構造 / 放射光 / 励起子相互作用 / ジヒドロ葉酸還元酵素 |
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| Research Abstract |
放射光真空紫外円二色性（VUVCD）分散計を用いることで、蛋白質二次構造の含量・本数・配列解析が可能である（VUVCD -NN法）。本年度は、①Turn構造の解析に向けたVUVCD-NN法の高度化，②蛋白質CDスペクトルの算出に向けた芳香族残基間の励起子相互作用の研究、③蛋白質二次構造の配向解析に向けたFlow-LD（線二色性）観測システムの構築を行い、VUVCDによる蛋白質構造解析の高度化を進めた。
①VUVCD-NN法の高度化：アミノ酸残基レベルで、蛋白質二次構造(α-Helix・β-Strand)の位置予測が可能なVUVCD-NN法の高度化を行った。VUVCD-NN法に、Turn構造の位置を予測するNetTurnPプログラムを導入することで、アミノ酸配列レベルでのTurn構造の有無を80％程度で予測できることを確認した。
②芳香族残基間の励起子相互作用の研究：ジヒドロ葉酸還元酵素（DHFR）のTrp変異体のVUVCDスペクトルから，真空紫外（VUV）領域におけるCDへのTrp残基の寄与を解析した。その結果、DHFRではVUV領域のCDに、芳香環と主鎖との励起子相互作用が大きく影響していることが分かった。これらの結果は、蛋白質CDスペクトルの算出や二次構造解析法の高度化に向けた重要な情報となる。
③Flow-LD観測システムの構築：VUVCD分散計を改良することで、CDとLDの同時測定を可能にした。また、送液ポンプとFlow光学セルを組み合わせたFlow-LD観測システムを構築した。標準試料となるDNAのFlow-LD測定及び球状蛋白質のCD・LD測定等からLD観測システムが正常に稼働していることを確認した。Flow-LDスペクトルからは二次構造の配向情報を得ることできるため、アミロイド線維や膜結合蛋白質の配向解析に有効となる。
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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
以下の利用により、おおむね順調に進展していると評価した。
１．天然蛋白質の二次構造解析： VUVCD-NN法の高度化に向けて、蛋白質VUVCDスペクトルのデータベース(特にβ-rich蛋白質)の補強を行い、VUVCD解析による二次構造含量と本数の予測精度の向上を確認した。またturnの位置予測法をVUVCD-NN法に組み込むことができ、逆平行・平行β-strandの解析の可能性を探る段階に来ている。そのため、現段階において、このテーマのほとんどの研究内容が終了している。
２．生体膜と結合した蛋白質の構造解析：蛋白質二次構造の生体膜内での配向解析を行うため、送液ポンプとFlow光学セルを組み合わせたFlow-LD観測システムを構築している。また、標準試料となるDNAのFlow-LD測定及び球状蛋白質のCD・LD測定等からLD観測システムが正常に稼働していることを確認している。このため、本研究テーマは順調に進行している。
３．芳香族残基励起子相互作用のVUVCD研究（VUVCD理論の構築）：芳香族残基間に励起子相互作用を持つジヒドロ葉酸還元酵素（DHFR）の芳香族残基変異体のVUVCDスペクトル測定から，真空紫外領域で励起子相互作用に起因される新たな特性ピークの存在を明らかにした。また、スペクトル解析の結果、DHFRではVUV領域のCDに、芳香環と主鎖との励起子相互作用が大きく影響していることが分かった。これらの結果は、蛋白質CDスペクトルの算出に重要な情報となり、VUVCD理論の構築に応用できる状況にある。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度以降の研究方針を以下に示す。
１．引き続き，VUVCD分光法にバイオインフォマティクス技術等の計算科学的手法を融合した蛋白質構造解析法の開発を進める。特に、VUVCDから得られる二次構造の位置情報を，アミノ酸配列情報から立体構造が予測可能なHomology modeling法に組み込むことができる新たな手法の構築を進める。
２．平成24年度に構築したFlow型線二色性（LD）測定システムを用いて、生体膜と結合した蛋白質二次構造の配向解析を行うと共に、蛋白質の生体膜との詳細な相互作用機構および構造と機能の関係を明らかにし，VUVCD分光法を用いた蛋白質-生体膜相互作用系の構造解析法の確立を目指す。
３．β2-microglobulin (β2-m)の断片ペプチド(例えば#21－29)は，β2-mのアミロイド化に重要な役割を担っている。分子動力学法でシミュレートした断片ペプチド構造から，VUVCD理論を用いてVUVCDスペクトル算出し，実測スペクトルとの比較から，水溶液中でのアミロイド線維のコンフォメーションを詳細に解析する。これらの研究からβ2-mのアミロイド線維の構造及びその形成機構について新たな知見を得ると共に，VUVCD分光法を用いた蛋白質-蛋白質相互作用系の構造解析法の確立を目指す。
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