アミロイド線維末端の特異構造の解明に基づく線維伸長メカニズムの理解

2012 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 23870043
• Research Institution: 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設)
• Principal Investigator: 矢木 真穂 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設), 岡崎統合バイオサイエンスセンター, 特任助教 (40608999)
• Project Period (FY): 2011-08-24 – 2013-03-31
• Keywords: アミロイド / アルツハイマー病 / NMR

Research Abstract

本研究の目的は、アミロイド線維末端における特異構造を原子レベルの分解能で解明することにより、アミロイド線維形成メカニズムを理解することである。アミロイドβ(Aβ)をはじめとするアミロイド線維の形成過程は多段階からなっており、Aβの線維伸長反応は線維末端の特異構造の触媒的な作用により、モノマーAβが順次取り込まれることによって進行すると考えられる。しかしながら、これまでに線維伸長を誘起する分子間相互作用の実体を分子構造論の観点から捉えた研究例はない。それは、アミロイド線維末端は動的でかつ不安定な過渡的中間体としての性質を有しており、その構造を安定にとどめることはこれまで不可能であったためである。そこで、申請者は線維伸長の末端に現れる特異構造を保持しつつ線維伸長を抑止する実験系をデザインすることができれば、その精密な構造情報を得ることができると考えた。
本年度は、そのような特異な末端構造を安定化する方法として、分子シャペロンやモデル糖脂質膜を用い、チオフラビンTアッセイおよびNMR計測をはじめとする分光学的計測を実施した。その結果、分子シャペロンGroELや特定のガングリオシドを組み込んだ脂質2重膜上において、Aβの線維伸長が抑制されることが判明した。さらに、一定の計測時間中、その結合状態を安定にとどめることが可能となり、両者の相互作用様式をNMR法を用いて捉えることができた。また、Aβを連結した小型かつ均一なタンデムAβ線維断片を作製し、NMR解析を行った結果、タンデムAβは溶液中で二量体を形成していることが判明した。

Current Status of Research Progress

Reason

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Nuclear magnetic resonance approaches for characterizing interactions between the bacterial chaperonin GroEL and unstructured proteins. (2013)
  • Author(s): Noritaka Nishida, Maho Yagi-Utsumi, Fumihiro Motojima, Masasuke Yoshida, Ichio Shimada, Koichi Kato
  • Journal Title: J. Biosci. Bioeng. Volume: (in press)
  • DOI: DOI: pii: S1389-1723(13)00054-6. 10.1016/j.jbiosc.2013.02.012.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ganglioside-embedding small bicelles for probing membrane-landing processes of intrinsically disordered proteins. (2013)
  • Author(s): Takumi Yamaguchi, Tsuyoshi Uno, Yoshinori Uekusa, Maho Yagi-Utsumi, Koichi Kato.
  • Journal Title: Chem. Commun Volume: 49 Pages: 1235-1237
  • DOI: DOI: 10.1039/c2cc38016a.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] NMR characterization of the interaction of GroEL with amyloid β as a model ligand (2013)
  • Author(s): Yagi-Utsumi, M., Kunihara, T., Nakamura, T., Uekusa, Y., Makabe, K., Kuwajima, K. and Kato, K.
  • Journal Title: FEBS Lett. Volume: - Pages: in press
  • DOI: pii: S0014-5793(13)00292-5. 10.1016/j.febslet.2013.04.007.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural and functional mosaic nature of MHC class I molecules in their peptide-free form. (2013)
  • Author(s): Kurimoto E, Kuroki K, Yamaguchi Y, Yagi-Utsumi M, Igaki T, Iguchi T, Maenaka K, Kato K.
  • Journal Title: Mol. Immunol. Volume: 55 Pages: 393-399
  • DOI: pii: S0161-5890(13)00109-0. 10.1016/j.molimm.2013.03.014.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Solution Structure of the Q41N Variant of Ubiquitin as a Model for the Alternatively Folded N2 State of Ubiquitin. (2013)
  • Author(s): Kitazawa S, Kameda T, Yagi-Utsumi M, Sugase K, Baxter NJ, Kato K, Williamson MP, Kitahara R.
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 52 Pages: 1874-1885
  • DOI: 10.1021/bi301420m.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The use of spin desalting columns in DMSO-quenched H/D-exchange NMR experiments. (2013)
  • Author(s): Chandak MS, Nakamura T, Takenaka T, Chaudhuri TK, Yagi-Utsumi M, Chen J, Kato K, Kuwajima K.
  • Journal Title: Protein Sci. Volume: 22 Pages: 486-491
  • DOI: 10.1002/pro.2221.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Stable isotope-assisted NMR characterization of interaction between lipid A and sarcotoxin IA, a cecropin-type antibacterial peptide. (2013)
  • Author(s): Yagi-Utsumi M, Yamaguchi Y, Boonsri P, Iguchi T, Okemoto K, Natori S, Kato K.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 431 Pages: 136-140
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2013.01.009.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 超高磁場NMRを用いた糖脂質クラスター上におけるAβの構造研究 (2013)
  • Author(s): 矢木 真穂
  • Journal Title: 生物物理 Volume: 53 Pages: 32-33
• [Journal Article] NMR and mutational identification of the collagen-binding site of the chaperone Hsp47. (2012)
  • Author(s): Maho Yagi-Utsumi, Sumi Yoshikawa, Yoshiki Yamaguchi, Yohei Nishi, Eiji Kurimoto, Yoshihito Ishida, Takayuki Homma, Jun Hoseki, Yoshimi Nishikawa, Takaki Koide, Kazuhiro Nagata, Koichi Kato.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 7 Pages: e45930
  • DOI: DOI: 10.1371/journal.pone.0045930.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Protein encapsulation within synthetic molecular hosts. (2012)
  • Author(s): Fujita D, Suzuki K, Sato S, Yagi-Utsumi M, Yamaguchi Y, Mizuno N, Kumasaka T, Takata M, Noda M, Uchiyama S, Kato K, Fujita M.
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 3 Pages: 1093
  • DOI: 10.1038/ncomms2093.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A non-canonical UBA-UBL interaction forms the linear-ubiquitin-chain assembly complex. (2012)
  • Author(s): Yagi H, Ishimoto K, Hiromoto T, Fujita H, Mizushima T, Uekusa Y, Yagi-Utsumi M, Kurimoto E, Noda M, Uchiyama S, Tokunaga F, Iwai K, Kato K.
  • Journal Title: EMBO Rep. Volume: 13 Pages: 462-468
  • DOI: 10.1038/embor.2012.24.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Expression and purification of isotopicaly labeled amyloid β as ubiquitin-fused protein in E. coli. (2012)
  • Author(s): Maho Yagi-Utsumi
  • Journal Title: Protein Science Society of Japan Archives Volume: 5 Pages: e065
  • Peer Reviewed
• [Presentation] NMR approaches for characterizing molecular recognition process of intrinsically disordered proteins
  • Author(s): M. Yagi-Utsumi, T. Yamaguchi, Y. Uekusa, and K. Kato
  • Organizer: Fifth Korea-Japan Seminars on Biomolecular Sciences: Experiments and Simulations
  • Place of Presentation: High1 Resort (Korea)
  • Invited
• [Presentation] NMR spectroscopic characterization of the pathogenic interaction of amyloid β peptide with GM1 clusters
  • Author(s): Maho Yagi-Utsumi, Koichi Kato
  • Organizer: Pure and Applied Chemistry International Conference 2013 (PACCON 2013)
  • Place of Presentation: Bangsaen Beach（Thailand）
• [Presentation] NMR法による神経変性疾患関連タンパク質とガングリオシドクラスターとの相互作用解析
  • Author(s): 矢木真穂、山口拓実、植草義徳、加藤晃一
  • Organizer: 第34回生体膜と薬物の相互作用シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都大学薬学部（京都）
• [Presentation] NMR Analyses of the Conformational Transition of the Antibacterial Peptide Sarcotoxin IA Interacting with Lipid A
  • Author(s): Maho Yagi-Utsumi, Pornthip Boonsri, Yoshiki Yamaguchi, and Koichi Kato
  • Organizer: 4th Asian Communications of Glycobiology and Glycotechnology (ACGG 4th Conference)
  • Place of Presentation: ICC JEJU (Korea)
• [Presentation] アミロイドβの構造転移と分子間相互作用
  • Author(s): 矢木真穂
  • Organizer: 大阪大学蛋白質研究所セミナー・包括脳ネットワーク研究会「第3回神経科学と構造生物学の融合研究会」
  • Place of Presentation: 大阪大学蛋白質研究所（大阪）
  • Invited
• [Presentation] NMR法を用いたザルコトキシンIAとリピドAとの相互作用解析
  • Author(s): 矢木真穂、Pornthip Boonsri、山口芳樹、加藤晃一
  • Organizer: 第31回日本糖質学会年会
  • Place of Presentation: 鹿児島市民文化ホール（鹿児島）