2016 Fiscal Year Annual Research Report
Supersaturation-limited Large-scale Phase Transition of Denatured Proteins
Publicly Offered Research
| Project Area | Science on Function of Soft Molecular Systems by Cooperation of Theory and Experiment |
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| Project/Area Number |
16H00836
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
後藤 祐児 大阪大学, たんぱく質研究所, 教授 (40153770)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 蛋白質 / 脳神経疾患 / 生体分子 / 蛋白質凝集 / アミロイド線維 / 過飽和 / 溶解度 / 相転移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
蛋白質は、水素結合や疎水的相互作用が分子内で形成され機能的な球状構造を形成する。他方、規則的な水素結合が分子間で働くと結晶性のアミロイド線維を形成する。蛋白質のアミロイド線維形成を、フォールディングと対比させて理解すること、さらに両者を包括する構造転移の機構を理解することは、柔らかな生命分子の代表である蛋白質の理解に必須である。平成28年度の本研究では、超音波照射に依存したアミロイド線維形成反応を計測し、変性蛋白質の相転移現象を理解することを目指した。
(1) ThTサイレントな線維中間体：アミロイド線維に強力な超音波を照射することにより、アミロイド線維に特異的に結合するチオフラビンTの蛍光強度が減少した。Beta2ミクログロブリンとインスリンを用いて、強力な超音波照射によってできた分子種の構造や物性を調べた。その結果、強力な超音波照射によって、三次構造だけが変化した中間体の形成されることを示した。本結果は、アミロイド線維が主鎖に依存した構造であるという考えと一致する。
(2)ヘパリンの作用機構：ヘパリンは強く負に帯電したグリコサミノグリカンであり、アミロイド線維の形成を促進する。Beta2ミクログロブリンや卵白リゾチームに対するヘパリンの効果をpH 2において調べた。ヘパリンは低濃度でアミロイド線維形成を促進したが、高濃度ではアモルファス凝集を形成した。ヘパリンの作用が塩によることを示唆すると共に、アミロイド線維とアモルファス凝集の競争的形成が、ヘパリンでも起きることが明らかとなった。
(3)アミロイド線維形成におけるアモルファス凝集の役割：アモルファス凝集とアミロイド線維との関係を詳細に調べた結果、アモルファス凝集は単にアミロイド線維形成と競争するだけでなく、過飽和条件において、自発的なアミロイド線維を誘導する足場となることが明らかになってきた。
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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
ThTサイレントな線維中間体やヘパリンの作用機構に関する研究を予定通り、蛋白質のフォールディングとミスフォールディングを支配する統一的な原理の理解を深めた。さらに、アミロイド線維形成におけるアモルファス凝集の役割についても検討を進め、アモルファス凝集はアミロイド線維形成を促進するという新たな概念を見出した。これは、広く、物質の結晶化にも適用できる普遍的な原理であることが期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
予定した実験的な研究を進めると共に、領域内の共同研究者との共同研究を進める。特に、アミロイド線維形成とアモルファス凝集との関係は、物質の結晶化とガラス転移の関係と似ており、ガラス転移（アモルファス凝集）が実は、過飽和解消（アミロイド線維形成）の引き金となり、結晶化を進めるという概念の妥当性を、領域内の共同研究者と理論的・実験的に検証することは、興味深い。
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[Journal Article] Optimized ultrasonic irradiation finds out ultra-stable Abeta1－40 oligomer.2017
Author(s)
Nakajima, K., So, M., Takahashi, K., Tagawa, Y., Hirao, M., Goto, Y. and Ogi, H.
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Journal Title
J. Phys. Chem. B
Volume: 121
Pages: 2603-2613
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Thioflavin T-silent denaturation intermediates support the main-chain dominated architecture of amyloid fibrils.2016
Author(s)
Noda, S., So, M., Adachi, M., Kardos, J., Akazawa-Ogawa, Y., Hagihara, H., and Goto, Y.
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Journal Title
Biochemistry
Volume: 55
Pages: 3937-3948
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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