タンパク質分子の動きを観るために結晶中に創り出した隙間を利用する新発想結晶解析

• 研究領域: 動的構造生命科学を拓く新発想測定技術－タンパク質が動作する姿を活写する－
• 研究課題/領域番号: 26119002
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 複合領域
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 神田 大輔 九州大学, 生体防御医学研究所, 教授 (80186618)
• 研究分担者: 稲垣 冬彦 公益財団法人微生物化学研究会, 微生物化学研究所, 客員研究員 (70011757)
• 研究期間 (年度): 2014-07-10 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 225,290千円 (直接経費: 173,300千円、間接経費: 51,990千円); 2018年度: 37,960千円 (直接経費: 29,200千円、間接経費: 8,760千円); 2017年度: 37,960千円 (直接経費: 29,200千円、間接経費: 8,760千円); 2016年度: 52,260千円 (直接経費: 40,200千円、間接経費: 12,060千円); 2015年度: 80,470千円 (直接経費: 61,900千円、間接経費: 18,570千円); 2014年度: 16,640千円 (直接経費: 12,800千円、間接経費: 3,840千円)
• キーワード: タンパク質結晶 / 動的構造 / 結晶コンタクト / 融合タンパク質 / MBP / Tom20 / Tim21 / タンパク質 / Ｘ線結晶解析 / X線小角散乱 / X線結晶解析 / 電子顕微鏡 / 高速AFM / シグナル配列 / Ｘ線小角散乱 / 電子顕微鏡単粒子解析 / 高速ＡＦＭ / 蛋白質 / 核磁気共鳴法 / オリゴ糖転移酵素 / ミトコンドリア

研究成果の概要

蛋白質結晶中に結晶コンタクトが無い空間を意図的に創り出し，柔らかい構造（ループやリガンド）を配置して，その動きの空間分布を差マップ中の電子密度として解析する方法を開発した．鍵となるのはタグ蛋白質と対象蛋白質を一本の長いヘリックスを用いて硬く接続することにある．Tom20蛋白質に結合した状態のプレ配列ペプチドの運動の可視化と，Tim21蛋白質の結晶コンタクトにより変形したループ２の溶液構造の推定に適用した．

研究成果の学術的意義や社会的意義

蛋白質の結晶中では分子同士が接触して３次元の結晶格子を作っている．蛋白質の中には一部の構造が柔らかく創られているために，結晶中では結晶コンタクトにより容易に変形し，正しい形（溶液中の平衡状態）をとっていない可能性がある．柔らかく動的な部分の構造変化は蛋白質の機能と密接に関連していることが少なくないことを考えると，「柔動構造の変形・固定問題」を真剣にとらえ，実験的に解決する手段を考案することは重要である．

研究成果

• [雑誌論文] A Radioisotope-free Oligosaccharyltransferase Assay Method (2019)
  • 著者名/発表者名: Yamasaki Takahiro、Kohda Daisuke
  • 雑誌名: BIO-PROTOCOL 巻: 9 号: 5
  • DOI: 10.21769/bioprotoc.3186
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Computational investigation of the conformational dynamics in Tom20-mitochondrial presequence tethered complexes (2018)
  • 著者名/発表者名: Srivastava Arpita、Tama Florence、Kohda Daisuke、Miyashita Osamu
  • 雑誌名: Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics 巻: 87 号: 1 ページ: 81-90
  • DOI: 10.1002/prot.25625
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The lantibiotic nukacin ISK-1 exists in an equilibrium between active and inactive lipid-II binding states (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujinami Daisuke、-Mahin Abdullah-Al、Elsayed Khaled M.、Islam Mohammad R.、Nagao Jun-ichi、Roy Urmi、Momin Sabrina、Zendo Takeshi、Kohda Daisuke、Sonomoto Kenji
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 1 号: 1 ページ: 150-150
  • DOI: 10.1038/s42003-018-0150-3
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] “Multiple partial recognitions in dynamic equilibrium” in the binding sites of proteins form the molecular basis of promiscuous recognition of structurally diverse ligands (2018)
  • 著者名/発表者名: Kohda Daisuke
  • 雑誌名: Biophysical Reviews 巻: 10 号: 2 ページ: 421-433
  • DOI: 10.1007/s12551-017-0365-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Basis of Protein Asn-Glycosylation by Oligosaccharyltransferases (2018)
  • 著者名/発表者名: Kohda Daisuke
  • 雑誌名: Adv Exp Med Biol. 巻: 1104 ページ: 171-199
  • DOI: 10.1007/978-981-13-2158-0_9
  • ISBN: 9789811321573, 9789811321580
  • 査読あり
• [雑誌論文] Asn-linked oligosaccharide chain of a crenarchaeon, Pyrobaculum calidifontis, is reminiscent of the eukaryotic high-mannose-type glycan (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujinami Daisuke、Taguchi Yuya、Kohda Daisuke
  • 雑誌名: Glycobiology 巻: 27 号: 8 ページ: 701-712
  • DOI: 10.1093/glycob/cwx044
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tethering an N-Glycosylation Sequon-Containing Peptide Creates a Catalytically Competent Oligosaccharyltransferase Complex. (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto S, Taguchi Y, Shimada A, Igura M, Kohda D.
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 56 号: 4 ページ: 602-611
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.6b01089
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Comparative analysis of archaeal lipid-linked oligosaccharides that serve as oligosaccharide donors for Asn-glycosylation. (2016)
  • 著者名/発表者名: Taguchi Y, Fujinami D, Kohda D
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: 291 号: 21 ページ: 11042-11054
  • DOI: 10.1074/jbc.m115.713156
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structural basis for the recognition of two consecutive mutually interacting DPF motifs by the SGIP1 μ homology domain (2016)
  • 著者名/発表者名: Shimada A, Yamaguchi A, Kohda D
  • 雑誌名: Scietific Report 巻: 6 号: 1 ページ: 19565-19565
  • DOI: 10.1038/srep19565
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Comparative analysis of archaeal lipid-linked oligosaccharides that serve as oligosaccharide donors for Asn-glycosylation (2016)
  • 著者名/発表者名: Taguchi Y, Fujinami D, Kohda D
  • 雑誌名: Journal Biological Chemistry 巻: in press
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structural elucidation of an asparagine-linked oligosaccharide from the hyperthermophilic archaeon, Archaeoglobus fulgidus. (2015)
  • 著者名/発表者名: Fujinami D, Nyirenda J, Matsumoto S, Kohda D
  • 雑誌名: Carbohydrate Research 巻: 413 ページ: 55-62
  • DOI: 10.1016/j.carres.2015.05.010
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Rational design of crystal contact-free space in protein crystals for analyzing spatial distribution of motions within protein molecules. (2015)
  • 著者名/発表者名: Matsuoka R, Shimada A, Komuro Y, Sugita Y, Kohda D
  • 雑誌名: Protein Science 巻: 25 号: 3 ページ: 754-768
  • DOI: 10.1002/pro.2867
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Visualization of the spatial distribution of a presequence peptide in the binding site of the mitochondrial presequence receptor, Tom20, using crystal contact-free space created in protein crystals (2018)
  • 著者名/発表者名: 韓喜玲，嶋田睦，神田大輔
  • 学会等名: 日本生化学会九州支部例会
• [学会発表] The lantibiotic Nukacin ISK-1 exists in an equilibrium between active and inactive lipid-II binding states (2018)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Fujinami, Abdullah-Al-Mahin, Khaled M. Elsayed, Jun-ichi Nagao, Takeshi Zendo, Kenji Sonomoto, and Daisuke Kohda
  • 学会等名: XXVIIIth International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems (ICMRBS), アイルランド
  • 国際学会
• [学会発表] NMRによる抗菌ペプチドnukacin ISK-1 の溶液構造決定と熱力学的解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤浪大輔，Abdullah Al Mahin，Khaled M Elsayed，永尾潤ー，善藤 威史，園元謙二，神田大輔
  • 学会等名: 第57回NMR討論会
• [学会発表] Creating crystal contact-free space in protein crystals makes the spatial distribution of a presequence peptide in the binding site of the mitochondrial presequence receptor, Tom20, visible (2018)
  • 著者名/発表者名: 韓喜玲，嶋田睦，神田大輔
  • 学会等名: 第91回日本生化学会大会
• [学会発表] Integrative approach combining electron microscopy and high-speed AFM revealed the dynamic conformational exchange of the oligosaccharyltransferase in lipid bilayers (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuki Kawasaki, Kouta Mayanagi, Ashutosh Srivastava, Hirotaka Ariyama, Florence Tama, Toshio Ando, and Daisuke Kohda
  • 学会等名: 第13回研究所ネットワーク国際シンポジウム
  • 国際学会
• [学会発表] Integrative approach combining electron microscopy and high-speed AFM revealed the dynamic conformational exchange of the oligosaccharyltransferase in lipid bilayers (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuki Kawasaki
  • 学会等名: Workshop “Trends in Computational Molecular Biophysics”
  • 国際学会
• [学会発表] Integrative Structural Biology Approach to Understand the Structural and Dynamic Basis of Asn-Glycosylation (2018)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Kohda
  • 学会等名: The Japanese Biochemical Society Bio-Frontier Symposium, International symposium on ER stress, glycosylation, homeostasis and diseases (埼玉）
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Integrative Structural Biology Approach to Understand the Structural and Dynamic Basis of Asn-Glycosylation (2017)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Kohda
  • 学会等名: The 10th Anniversary of Protein & Peptide Conference (PepCon-2017)
  • 発表場所: Fukuoka
  • 年月日: 2017-03-22
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 蛋白質のＮ型糖鎖転移反応理解のための統合的構造生物学アプローチ (2017)
  • 著者名/発表者名: 神田大輔
  • 学会等名: 第44回生体分子科学討論会(秋田）
  • 招待講演
• [学会発表] Archaeal Glycobiology by MS and NMR (2017)
  • 著者名/発表者名: Yuya Taguchi, Daisuke Fujinami, and 〇Daisuke Kohda
  • 学会等名: 2017 Taiwan-Japan Biomedical Symposium on Magnetic Resonance (Tainan, Taiwan)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] アスパラギン結合型糖鎖転移反応の理解のための統合的構造生物学アプローチ (2017)
  • 著者名/発表者名: 神田大輔
  • 学会等名: 第15回糖鎖科学コンソーシアム（JCGG）シンポジウム（福岡）
• [学会発表] Integrative Structural Biology Approach to Understand the Structural and Dynamic Basis of Asn-Glycosylation (2017)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Kohda
  • 学会等名: 2nd Joint International Symposium of NSRRC and IPR (Hsinchu, Taiwan)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] アスパラギン結合型糖鎖転移反応の理解のための統合的構造生物学アプローチ (2016)
  • 著者名/発表者名: 神田大輔
  • 学会等名: 第55回NMR討論会
  • 発表場所: 広島
  • 年月日: 2016-11-18
  • 招待講演
• [学会発表] Integrative structural biology approach to decipher the molecular mechanism of Asn-glycosylation (2016)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Kohda
  • 学会等名: The 42nd Naito Conference
  • 発表場所: Sapporo
  • 年月日: 2016-10-07
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Application of “crystal contact-free space” to the study of protein dynamics (2015)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Kohda
  • 学会等名: The 25th Hot Spring Harbor International Symposium
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2015-11-13
  • 国際学会
• [学会発表] Crystal contact-free space for analyzing spatial distribution of protein internal motions (2015)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Kohda
  • 学会等名: 第53回日本生物物理学会年会シンポジウム
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] オリゴ糖転移酵素の結晶構造解析が明らかにするアスパラギン糖鎖修飾反応のダイナミクス (2015)
  • 著者名/発表者名: 神田大輔
  • 学会等名: 大阪大学蛋白研セミナー
  • 発表場所: 大阪大学
  • 年月日: 2015-08-28
  • 招待講演
• [学会発表] Integrative structural biology approach to understand the structural and dynamical basis of Asn-glycosylation (2015)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Kohda
  • 学会等名: the 6th Asia-Pacific NMR Symposium (APNMR6)
  • 発表場所: 香港科技大学
  • 年月日: 2015-08-13
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] “結晶コンタクトフリー空間“を利用する新しい結晶解析技術を用いて蛋白質分子の内部運動の空間分布を視覚化する (2015)
  • 著者名/発表者名: 神田大輔
  • 学会等名: 第15回日本蛋白質科学会
  • 発表場所: 徳島市
  • 年月日: 2015-06-26
• [学会発表] 蛋白質のアスパラギン残基に糖鎖を転移するオリゴ糖転移酵素の構造生物学－超好熱性古細菌由来の蛋白質の安定性を最大限に活かす－ (2015)
  • 著者名/発表者名: 神田大輔
  • 学会等名: 平成27年度日本生化学会九州支部例会
  • 発表場所: 九州大学
  • 年月日: 2015-05-16
  • 招待講演
• [学会発表] 蛋白質結晶中に隙間を創り出す新しいＸ線結晶解析を用いて蛋白質分子内部の動きを観る (2015)
  • 著者名/発表者名: 神田大輔
  • 学会等名: 日本生物物理学会九州支部・熊本大学イメージングセミナー
  • 発表場所: 熊本大学
  • 年月日: 2015-05-07
  • 招待講演
• [学会発表] X線結晶解析から分子の動的情報を得るための方法 (2014)
  • 著者名/発表者名: 松岡礼, 小室靖明, 杉田有治, 神田大輔
  • 学会等名: 立体視プロジェクションシステムを使った分子科学研究講演会
  • 発表場所: 飯塚，福岡
  • 年月日: 2014-12-05 – 2014-12-06
• [学会発表] Structural and dynamic basis for mitochondrial presequence recognition by Tom20 (2014)
  • 著者名/発表者名: Rei Matsuoka, Daisuke Kohda
  • 学会等名: The 5th Japan-Taiwan bilateral NMR symposium
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2014-09-29 – 2014-09-30
  • 招待講演
• [学会発表] Structural and dynamic basis for mitochondrial presequence recognition by Tom20 (2014)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Kohda
  • 学会等名: ISN 2014 Special Neurochemistry Conference
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2014-09-20 – 2014-09-22
  • 招待講演
• [学会発表] Intentional crystal-contact-free space in protein crystal (2014)
  • 著者名/発表者名: Rei Matsuoka, Yasuaki Komuro, Yuji Sugita, Daisuke Kohda
  • 学会等名: 23rd congress and general assembly of the international union of crystallography (IUCr2014)
  • 発表場所: Montreal
  • 年月日: 2014-08-05 – 2014-08-12
• [図書] Experimental approaches of NMR spectroscopy -Methodology and application to life science and materials science- (2018)
  • 著者名/発表者名: Hidekazu Hiroaki, Daisuke Kohda，Chapter 21, Protein-Ligand Interactions Studied by NMRを担当．
  • 総ページ数: 636
  • 出版者: Springer Nature, Singapore.
  • ISBN: 9789811059650
• [備考] 動的構造生命ホーム
  • URL: http://ugoku-tanpaku.jp
• [備考] 九州大学生体防御医学研究所構造生物学分野
  • URL: http://www.bioreg.kyushu-u.ac.jp/vsb/index.html
• [備考] 動的構造生命ホームページ
  • URL: http://ugoku-tanpaku.jp
• [備考] 動的構造生命 ホーム
  • URL: http://ugoku-tanpaku.jp
• [備考] 新学術領域「動的構造生命」
  • URL: http://ugoku-tanpaku.jp
• [備考] 九州大学生体防御医学研究所構造生物学分野の研究内容
  • URL: http://vsb.bmr.kyushu-u.ac.jp/VSB/Research/research_frame_content_jp.html
• [備考] 新学術領域「動的構造生命科学」ホームページ
  • URL: http://ugoku-tanpaku.jp
• [備考] 九州大学生体防御医学研究所構造生物学分野研究内容
  • URL: http://vsb.bmr.kyushu-u.ac.jp/VSB/Research/research_frame_content_jp.html