糖脂質クラスターを舞台とする生体認識現象への分子構造論的アプローチ

• Project/Area Number: 09J07465
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biophysics
• Research Institution: Nagoya City University
• Principal Investigator: 矢木 真穂 名古屋市立大学, 大学院・薬学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥1,400,000 (Direct Cost: ¥1,400,000); Fiscal Year 2010: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000); Fiscal Year 2009: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
• Keywords: ガングリオシド / 糖脂質クラスター / 小型バイセル / 核磁気共鳴法 / アミロイドβ

Research Abstract

本研究は、動体認識の場としての糖脂質の役割に着目し、単一分子としてではなく糖脂質の分子集合体としての構造情報を捉えることを目的としている。本年度は、ガングリオシドを含有した小型のバイセルおよびナノディスクを調製し、糖脂質クラスターの構造情報を抽出することを試みた。糖脂質クラスターの糖鎖-糖鎖間のトランス相互作用の検出に向けたアプローチとして、生化学的実験により糖鎖-糖鎖相互作用の存在が提唱されているGM3およびGg3に着目し、それらを組み込んだバイセルをそれぞれ調製した。両者の混合比を工夫してNMR解析を行った結果、GM3とGg3の糖鎖間の相互作用を反映するスペクトル変化を観測することに成功した。また、糖鎖-糖鎖間のシスの相互作用の検出に向けたアプローチとして、異なる2種類の糖脂質の脂質部分をリンカーで化学的に連結したアナログを作製した。現在NMR法を用いた精密な解析を実施中である。
一方、糖脂質クラスター上におけるタンパク質の相互作用様式に関して分子科学的に理解するため、そのモデル系としてのGM1クラスターとAβの相互作用解析に取り組んだ。ABがαヘリックス構造からβシート構造へと構造転移する過程に関する構造的知見を得るため、AβとGM1ミセルの量比を系統的に変化させ、チオフラビンT蛍光観測、放射光VUV-CD計測および部位特異的安定同位体標識法と組み合わせたNMR解析を行った。その結果、Aβはミセルの量比に応じたAβ-Aβ分子間相互作用を通じて、C末端の構造がβ様構造へと変化することが明らかとなった。これより、ガングリオシドクラスター界面という限定された空間の中にAβが高密度で存在する条件下において、特異的な分子内および分子間相互作用が誘起されることを初めて明らかとすることができた。また、AβのC末端とガングリオシドクラスターとの相互作用様式は、クラスターを形成する糖鎖部分の有無や構造の違い、またクラスター面の曲率や密度によって影響を受けることを示すことができた。本研究の成果は、糖脂質クラスターを舞台とする分子会合現象に関して初めて構造的基盤を与えるものであり、糖脂質クラスターが担う多種多様な生体認識現象の分子構造論的な理解を促すものと考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Spectroscopic characterization of intermolecular interaction of amyloid β promoted on GM1 micelles (2010)
  • Author(s): Maho Yagi-Utsumi, Koichi Matsuo, Katsuhiko Yanagisawa, Kunihiko Gekko, Koichi Kato
  • Journal Title: International Journal of Alzheimer's Disease Volume: 2011
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 神経変性疾患にかかわる天然変性タンパク質の分子構造ダイナミクス (2010)
  • Author(s): 加藤晃一, 矢木真穂
  • Journal Title: Medical Bio 別冊 揺らぎと生体機能 Pages: 32-37
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] NMR characterization of the interaction between lyso-GM1 aqueous micelles and amyloid β (2010)
  • Author(s): Maho Yagi-Utsumi, Tomoshi Kameda, Yoshiki Yamaguchi, Koichi Kato
  • Journal Title: FEBS Letters 584 Pages: 831-836
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Redox-dependent domain rearrangement of protein disulfide isomerase coupled with exposure of its substrate-binding hydrophobic surface (2010)
  • Author(s): Olivier Serve, Yukiko Kamiya, Aya Maeno, Michiko Nakano, Chiho Murakami, Hiroaki Sasakawa, Yoshiki Yamaguchi, Takushi Harada, Eiji Kurimoto, Maho Yagi-Utsumi, Takeshi Iguchi, Kenji Inaba, Jun Kikuchi, Osamu Asami, Tsutomu Kajino, Toshihiko Oka, Masayoshi Nakasako, Koichi Kato
  • Journal Title: Journal of Molecular Biology 396 Pages: 361-374
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal structure of UbcH5b～ubiquitin intermadiate : Insight into the formation of the self-assembled E2～Ub conjugates (2010)
  • Author(s): Eri Sakata, Tadashi Satoh, Shunsuke Yamamoto, Yoshiki Yamaguchi, Maho Yagi-Utsumi, Eiji Kurimoto, Keiji Tanaka, Soichi Wakatsuki, Koichi Kato
  • Journal Title: Structure 18 Pages: 138-147
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Up-and-down topological mode of amyloid β-peptide lying on hydrophilic/hydrophobic interface of ganglioside clusters (2009)
  • Author(s): Maho Utsumi, Yoshiki Yamaguchi, Hiroaki Sasakawa, Naoki Yamamoto, Katsuhiko Yanagisawa, Koichi Kato
  • Journal Title: Glycoconjugate Journal 26 Pages: 999-1006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 超高磁場NMR分光法と多次元HPLC法による構造糖鎖生物学への体系的アプローチ (2009)
  • Author(s): 矢木-内海真穂, 加藤晃一
  • Journal Title: 化学と生物 48 Pages: 261-268
  • Peer Reviewed
• [Presentation] NMR analyses of the interaction between amyloid β and GM1 clusters (2011)
  • Author(s): Maho Yagi-Utsumi
  • Organizer: 2^<nd> Asian Communications of Glycobiology and Glycotechnology
  • Place of Presentation: 中華民国、Academia Sinica
  • Year and Date: 2011-10-29
• [Presentation] ガングリオシドクラスターに結合したアミロイドβペプチドのNMR構造解析 (2011)
  • Author(s): 矢木真穂
  • Organizer: 立命館グローバル・イノベーション研究機構「蛋白質のフォールディングおよびフォールディング病発症機構の解明のための統合研究」セミナー
  • Place of Presentation: 草津、立命館大学(びわこ・くさつキャンパス)
  • Year and Date: 2011-03-04
• [Presentation] NMR characterization of the interaction between amyloid β-peptide and ganglioside clusters (2010)
  • Author(s): Maho Yagi-Utsumi
  • Organizer: Pacifichem 2010 (2010 International Chemical Congress of Pacific Basin Societies)
  • Place of Presentation: ハワイ、ホノルル
  • Year and Date: 2010-12-15
• [Presentation] NMR analyses of interaction modes of amyloid β with GM1 clusters (2010)
  • Author(s): Maho Yagi-Utsumi
  • Organizer: The 1^<st> Yonsei-IMS Joint Workshop : "Structural Biology and Molecular Function"
  • Place of Presentation: 韓国、済州島
  • Year and Date: 2010-11-06
• [Presentation] NMR analyses of the interactions between ganglioside clusters and amyloid β (2010)
  • Author(s): Maho Yagi
  • Organizer: 日本生物物理学会 第48回年会
  • Place of Presentation: 仙台、東北大学
  • Year and Date: 2010-09-23
• [Presentation] Structural basis of the interaction between ganglioside clusters and amyloid-β peptide (2010)
  • Author(s): Maho Yagi-Utsumi
  • Organizer: World Wide Magnetic Resonance 2010, Joint EUROMAR 2010 and 17th ISMAR Conference
  • Place of Presentation: イタリア、フィレンツェ
  • Year and Date: 2010-07-08
• [Presentation] ガングリオシドクラスターに結合したアミロイドβのNMR構造解析 (2010)
  • Author(s): 矢木真穂
  • Organizer: 平成22年度生理学研究所研究会 糖鎖機能研究会…分子レベルでの解明を目指して
  • Place of Presentation: 岡崎、生理学研究所
  • Year and Date: 2010-07-01
• [Presentation] ガングリオシドクラスターに結合したアミロイドβのNMR構造解析 (2010)
  • Author(s): 矢木真穂
  • Organizer: 第74回日本生化学会中部支部例会
  • Place of Presentation: 名古屋、名古屋大学
  • Year and Date: 2010-05-29
• [Presentation] NMR法を用いたアミロイドβとガングリオシドクラスターの相互作用解析 (2010)
  • Author(s): 矢木真穂
  • Organizer: 日本薬学会 第130年会
  • Place of Presentation: 岡山大学
  • Year and Date: 2010-03-28
• [Presentation] NMR analyses of interaction mode of amyloid β-peptide with GM1 ganglioside clusters (2009)
  • Author(s): 矢木-内海真穂
  • Organizer: The 3^<rd> Biannual Asia-Pacific NMR Symposium
  • Place of Presentation: 韓国チェジュ島
  • Year and Date: 2009-10-26
• [Presentation] NMR法によるアミロイドβペプチドとGM1ガングリオシドクラスターとの相互作用解析 (2009)
  • Author(s): 矢木-内海真穂
  • Organizer: 第7回「若手の力」フォーラムおよび拠点共同研究報告会
  • Place of Presentation: 名古屋大学
  • Year and Date: 2009-09-30
• [Remarks]
  • URL: http://www.ims.ac.jp/topics/2010/110217.html