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2018 Fiscal Year Annual Research Report

分子夾雑環境におけるタンパク質の金属イオン獲得メカニズム

Publicly Offered Research

Project AreaChemical Approaches for Miscellaneous / Crowding Live Systems
Project/Area Number 18H04564
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

古川 良明  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (40415287)

Project Period (FY) 2018-04-01 – 2020-03-31
Keywords金属タンパク質
Outline of Annual Research Achievements

銅・亜鉛スーパーオキシドディスムターゼ(SOD1)は、銅イオンと亜鉛イオンを結合し、活性酸素の一種であるスーパーオキシドを除去する活性を有した酵素である。酸素呼吸が可能なほぼ全ての生物はSOD1を有しており、ヒトにおいても、SOD1活性の低下は様々な加齢性疾患を発症させることが提案されている。酸素呼吸を行うバクテリア(グラム陰性菌)は、ペリプラズム空間にSOD1(バクテリアではSodCと呼ばれる)を局在させることで、好中球によって貪食・殺菌を受ける際に発せられるスーパーオキサイドからバクテリアを保護していると考えられている。実際、病原性サルモネラ菌のペリプラズム空間には二種類のSodCが存在し(SodC-I, SodC-II)、SodC-Iを欠損したサルモネラ菌は好中球によって殺菌されやすくなり、病原性は低下することが知られている。一方で、SodC-IIを欠損させても、サルモネラ菌の病原性には変化が見られず、その役割は未だ明らかとなっていない。嫌気条件ではSodC-IIの発現は見られなくなることから、SodC-IIの役割は酸素分子に関連しているとも考えられるものの、SodC-IIを欠損させても、好気条件におけるバクテリアの増殖や生存率は影響を受けないことが報告されている。そこで、酸素呼吸を行うグラム陰性菌のモデルとして大腸菌を用い、SodC-IIが活性化するためには銅イオンが必要である点に着目することで、SodC-IIの生理的役割を検討した。その結果、活性型のSodC-IIは、酸素呼吸の過程において、電子伝達系から漏れ出た電子によって酸素分子が還元されて生じるスーパーオキシドを除去することで、大腸菌をその毒性から保護しているものと推察された。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

細胞内に存在する全タンパク質のうち、およそ3割は金属イオン(Fe, Cu, Znなど)を活性中心として結合することで、電子伝達や様々な酵素機能を発揮している。実際、金属イオンを結合できなければ、金属タンパク質は適切な生理機能を発揮できず、様々な疾患を発症させることも知られている。タンパク質への金属イオン結合は生命現象を維持する上で非常に重要な反応であるにもかかわらず、その細胞内制御に関する詳細なメカニズムについては未だ多くの点が明らかとなっていない。平成30年度には、大腸菌をモデルにすることで、分子夾雑な細胞内環境における銅イオンの運搬・供給メカニズムに関する検討を進めた。特に、ペリプラズム空間において主要な銅タンパク質であるSodCへの銅イオン供給・酵素活性化を制御する因子について研究を行い、夾雑環境におけるSodCの銅イオン獲得メカニズムに関して知見を得ることができた。よって、本研究課題に関する現在までの進捗状況は概ね順調であると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

前年度までに引き続き、ペリプラズム空間において最も主要な金属結合タンパク質である銅・亜鉛スーパーオキシドディスムターゼ(SodC)に着目し、細胞夾雑環境であってもSodCに銅イオンを供給することができるペリプラズム内因子の同定を進める。

  • Research Products

    (18 results)

All 2019 2018 Other

All Journal Article (7 results) (of which Peer Reviewed: 6 results,  Open Access: 3 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Invited: 2 results) Book (1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Sequence- and seed-structure-dependent polymorphic fibrils of alpha-synuclein2019

    • Author(s)
      Tanaka Goki、Yamanaka Tomoyuki、Furukawa Yoshiaki、Kajimura Naoko、Mitsuoka Kaoru、Nukina Nobuyuki
    • Journal Title

      Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease

      Volume: 1865 Pages: 1410~1420

    • DOI

      10.1016/j.bbadis.2019.02.013

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Biochemical and morphological classification of disease-associated alpha-synuclein mutants aggregates2019

    • Author(s)
      Tanaka Goki、Yamanaka Tomoyuki、Furukawa Yoshiaki、Kajimura Naoko、Mitsuoka Kaoru、Nukina Nobuyuki
    • Journal Title

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      Volume: 508 Pages: 729~734

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2018.11.200

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Rapid dissemination of alpha-synuclein seeds through neural circuits in an in-vivo prion-like seeding experiment2018

    • Author(s)
      Okuzumi Ayami、Kurosawa Masaru、Hatano Taku、Takanashi Masashi、Nojiri Shuuko、Fukuhara Takeshi、Yamanaka Tomoyuki、Miyazaki Haruko、Yoshinaga Saki、Furukawa Yoshiaki、Shimogori Tomomi、Hattori Nobutaka、Nukina Nobuyuki
    • Journal Title

      Acta Neuropathologica Communications

      Volume: 6 Pages: 96

    • DOI

      10.1186/s40478-018-0587-0

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Elimination of TDP-43 inclusions linked to amyotrophic lateral sclerosis by a misfolding-specific intrabody with dual proteolytic signals2018

    • Author(s)
      Tamaki Yoshitaka、Shodai Akemi、Morimura Toshifumi、Hikiami Ryota、Minamiyama Sumio、Ayaki Takashi、Tooyama Ikuo、Furukawa Yoshiaki、Takahashi Ryosuke、Urushitani Makoto
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 8 Pages: 6030

    • DOI

      10.1038/s41598-018-24463-3

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Cu/Zn-superoxide dismutase forms fibrillar hydrogels in a pH-dependent manner via a water-rich extended intermediate state2018

    • Author(s)
      Fujiwara Noriko、Wagatsuma Michiru、Oba Naoto、Yoshihara Daisaku、Tokuda Eiichi、Sakiyama Haruhiko、Eguchi Hironobu、Ichihashi Motoko、Furukawa Yoshiaki、Inoue Tadashi、Suzuki Keiichiro
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 13 Pages: e0205090

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0205090

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Identification of a novel zinc-binding protein, C1orf123, as an interactor with a heavy metal-associated domain2018

    • Author(s)
      Furukawa Yoshiaki、Lim Carolyn、Tosha Takehiko、Yoshida Koki、Hagai Tomoaki、Akiyama Shuji、Watanabe Shoji、Nakagome Kenta、Shiro Yoshitsugu
    • Journal Title

      PLOS ONE

      Volume: 13 Pages: e0204355

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0204355

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] 生体内銅イオン動態に着目した筋萎縮性側索硬化症の病理解明2018

    • Author(s)
      古川良明
    • Journal Title

      生化学

      Volume: 90 Pages: 311-319

    • DOI

      10.14952/SEIKAGAKU.2018.900311

  • [Presentation] Metal-deficiency in Cu/Zn-superoxide dismutase: a potential cause of motor neuron disease, ALS2018

    • Author(s)
      Yoshiaki Furukawa
    • Organizer
      9th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] A misfolding mechanism of Cu/Zn-superoxide dismutase under oxidative conditions of amyotrophic lateral sclerosis2018

    • Author(s)
      Itsuki Anzai, Eiichi Tokuda, Atsushi Mukaiyama, Shuji Akiyama, and Yoshiaki Furukawa
    • Organizer
      9th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Factors controlling expression levels of periplasmic Cu/Zn-superoxide dismutase in Escherichia coli2018

    • Author(s)
      Koki Yoshida and Yoshiaki Furukawa
    • Organizer
      9th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Conformation-dependent toxicity of Cu/Zn-superoxide dismutase in Caenorhabditis elegans2018

    • Author(s)
      Ayano Toba, Eiichi Tokuda, and Yoshiaki Furukawa
    • Organizer
      9th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A network for intracellular copper distribution controlled by interactions between copper chaperones2018

    • Author(s)
      Kyoka Matsumoto, Kenta Nakagome, and Yoshiaki Furukawa
    • Organizer
      9th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Wild-type SOD1 is misfolded in cerebrospinal fluid of sporadic ALS2018

    • Author(s)
      Yoshiaki Furukawa, Eiichi Tokuda, Shinji Ohara, Noriko Fujiwara
    • Organizer
      22nd International Symposium on ALS/MND
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 神経変性疾患に見られる生体内銅イオン動態の異常2018

    • Author(s)
      古川良明
    • Organizer
      第6回メタロミクス研究フォーラム
    • Invited
  • [Presentation] A mechanism on copper acquisition of bacterial Cu/Zn-superoxide dismutase2018

    • Author(s)
      古川良明
    • Organizer
      第56回日本生物物理学会年会
  • [Presentation] 筋萎縮性側索硬化症における銅・亜鉛結合タンパク質SOD1のミスフォールディングメカニズム2018

    • Author(s)
      古川良明
    • Organizer
      第18回日本蛋白質科学会年会
  • [Book] 食と医療 2018 FALL-WINTER Vol.72018

    • Author(s)
      「食と医療」事務局
    • Total Pages
      116
    • Publisher
      講談社
    • ISBN
      978-4-06-514058-1
  • [Remarks] 慶應理工のタンパク質科学(生命機構化学・古川研究室)

    • URL

      https://furukawa.mixh.jp

URL: 

Published: 2019-12-27  

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