高圧NMR法による蛋白質の広い構造空間解析に基づく構造・機能相関原理の研究

• Project/Area Number: 05J04200
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biophysics
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 北原 亮 The Institute of Physical and Chemical Research, 城生体金属科学研究室, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2005 – 2007
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2007)
• Budget Amount: ¥3,300,000 (Direct Cost: ¥3,300,000); Fiscal Year 2007: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2006: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2005: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
• Keywords: 圧力 / NMR / ダイナミクス / 蛋白質 / protein / pressure / dynamics / design / 変性

Research Abstract

本課題では、構造生物学の新しい展開として、高圧NMR法を用いて基底状態を逸脱した準安定状態の蛋白質構造研究を行った。圧力は、部分モル体積差を通して状態間の化学平衡に作用するため、一般に部分モル体積の小さな準安定構造を安定化できる。圧力を用いたNMR法は、常圧下では分布率が少なく捉えることが困難な準安定構造を高分解能で解析する優れた方法である。昨年度までに、ユビキチン構造に含まれる2つの準安定構造と、ユビキチン及びユビキチン様蛋白質(NEDD8、SUMO-2)に共通に保存された準安定構造を発見した。本年度は、Ufm1、Atg-8など他のユビキチン様蛋白質について研究展開を行なった。圧力実験に対して高い可逆性を示したユビキチン様蛋白質について解析を行うと、いずれもユビキチンに類似の準安定構造が発見された。これによりユビキチン様蛋白質に共通に保存された準安定構造の存在が確かなものになった。この準安定構造は、関連酵素との相互作用部位を含む部分で局所変性した構造をしており、分子認識機構における関連性が示唆できる。この仮説、すなわち準安定構造が高活性構造であることを示すために、異なる安定性を持つ変異体を作製し、準安定構造の分布率と活性を比較する実験を計画した。これまでに、局所変性部位に高く保存されているPro-ProをAla-Ala置換したユビキチン変異体を作製し、高圧NMR法により準安定構造の存在と分布率を決定した。

Research Products

• [Journal Article] Basicfolded and low-populated locally disordered conformers of SUMO-2 characterized by NMR spectroscopy at varying pressures (2008)
  • Author(s): Kitahara, Zhao, Saito, Koshiba, Inoue, Kigawa, Yokoyama, Akasaka
  • Journal Title: Biochemistry 47 Pages: 30-39
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] タンパク質の準安定構造 (2008)
  • Author(s): 北原 亮
  • Journal Title: 生物物理 48 Pages: 41-45
  • NAID: 110006571382
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Local conformational transition of hydrogenobacter thermophilus cytochrome c552 relevant to its redox potential (2007)
  • Author(s): Takayama, Tkahashi, Mikami, Irie, KaWano, Yamamoto, Hemmi, Kitahara, Yokoyama, Akasaka
  • Journal Title: Biochemistry 46 Pages: 9215-9224
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 揺らぐ蛋白質構造の解析-可変圧力NMRからのアプローチ (2007)
  • Author(s): 北原亮, 赤坂一之
  • Journal Title: 高圧力の科学と技術 17・1 (In press)
  • NAID: 10018918369
• [Journal Article] Evolutionally conserved intermediates between ubiquitin and NEDD8. (2006)
  • Author(s): Kitahara, Yamaguchi, Sakata, Kasuya, Tanaka, Kato, Yokoyama, Akasaka
  • Journal Title: Journal of Molecular Biology 363 Pages: 395-404
• [Journal Article] Cold denaturation of ubiquitin at high pressure (2006)
  • Author(s): Kitahara, Okuno, Kato, Taniguchi, Yokoyama, Akasaka
  • Journal Title: Magnetic Resonance in Chemistry 44
• [Journal Article] Cold denaturation of ubiquitin at high pressure (2006)
  • Author(s): R.Kitahara, A.Okuno, M.Kato, Y.Taniguchi, S.Yokoyama, K.Akasaka
  • Journal Title: Magnetic Resonance in Chemistry (In press)
• [Journal Article] 可変圧力NMR法における新しい蛋白質構造パラダイムの構築 (2006)
  • Author(s): 北原亮, 横山茂之, 赤坂一之
  • Journal Title: 分光研究 55巻1号 Pages: 10-20
• [Presentation] 可変圧力NMR法による準安定構造の検出 (2007)
  • Author(s): 北原亮、赤坂一之
  • Organizer: 日本生物物理学会年会(第45回)
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2007-12-21
• [Presentation] Detection of slow conformational transitions in D1 domain of human annexin by variable pressure NMR (2007)
  • Author(s): R. Kitahara, M. Gallopin, E. Guittet, K. Akasaka, and C. van Heijenoort
  • Organizer: ISMAR 2007
  • Place of Presentation: Kenting, Taiwan
  • Year and Date: 2007-10-15
• [Presentation] Pressure NMR system (2007)
  • Author(s): R. Kitahara and K. Akasaka
  • Organizer: The 2nd Asia-Pacific NMR symposium
  • Place of Presentation: Hsinchu, Taiwan
  • Year and Date: 2007-10-13
• [Presentation] 可変圧力NMRによる蛋白質の遅い揺らぎの検出 (2007)
  • Author(s): 北原亮、C. Roumestand, C. van Heijenoort、赤坂一之
  • Organizer: 第46回NMR討論会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2007-09-11
• [Presentation] 圧力NMRで揺れ動く蛋白質構造の実像を捉える (2007)
  • Author(s): 北原亮、赤坂一之
  • Organizer: 第15回生物関連高圧研究会
  • Place of Presentation: (独)海洋研究開発機構 横浜研究所
  • Year and Date: 2007-09-07
• [Presentation] 圧力を利用して蛋白質のマイナー分子種を捉える (2007)
  • Author(s): 北原亮, 赤坂一之
  • Organizer: 日本蛋白質科学会年会(第7回)
  • Place of Presentation: 仙台国際センター
  • Year and Date: 2007-05-26