蛋白質複合体形成によって誘起されるユニット機能の大幅な増幅機構の解明

• 研究課題/領域番号: 11169225
• 研究種目: 特定領域研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 油谷 克英 大阪大学, 蛋白質研究所, 助教授 (90089889)
• 研究期間 (年度): 1999 – 2000
• 研究課題ステータス: 完了 (2000年度)
• 配分額: 3,500千円 (直接経費: 3,500千円); 2000年度: 1,700千円 (直接経費: 1,700千円); 1999年度: 1,800千円 (直接経費: 1,800千円)
• キーワード: トリプトファン合成酵素 / X線結晶構造解析 / 超好熱菌 / 機能の増幅機構 / P.furiosus / 蛋白質間相互作用 / 蛋白質の安定性 / 蛋白質の立体構造 / トリプトファン合成酵素αサブユニット / Pyrococcus furiosus / 蛋白質複合体 / 蛋白質分子間相互作用 / 熱安定性 / 示差走査熱量計

研究概要

「生物マシーナリー」の特性を解明するために、独自の触媒能を持つサブユニットが複合体形成に伴い大幅な活性増幅を示すトリプトファン合成酵素を取り上げる。同酵素は、一連のトリプトファン合成経路の連続した最終反応を触媒するアロステリック酵素である。バクテリアの同酵素はαサブユニットとβサブユニットからなるα2β2四量体である。両サブユニットはそれぞれ独自の連続した触媒作用(α反応、β反応)を有している。α2β2複合体を形成したとき、それぞれのサブユニット独自の触媒反応は2桁高くなる。そこで、本研究課題では、超好熱菌、P.furiosus,由来のトリプトファン合成酵素複合体とその構成成分αとβサブユニットのX線結晶構造解析を行う。そして、構造変化を伴う複合体形成による活性増幅機構を明らかにする。本年度は、まずαサブユニットのX線結晶構造解析を試みた。測定は筑波の高エネルギー加速器研究機構のPFで行い、天然型について分解能2.0Aのデータを収集した。結晶の空間群はC2221であった。位相決定は水銀と白金の誘導体を用いて重原子同型置換法で行った。構造はモデリング、リファインメントを進め最終的には分解能トリプトファン合成酵素αサブユニット単独での2.0A分解能での構造解析に成功した。その結果は、J.Biol.Chem.に投稿し、現在印刷中である。更に、β2サブユニットの結晶に関しては、Spring8で、分解能2.3Aのデータを収集した。空間群はP212121であった。位相決定は既に報告されているS.typhimurium由来のα2β2複合体のβ2サブユニットをモデルに同型置換法で求めた。現在、構造のリファイメント中である。α2β2複合体については3.2A分解能でのデータを収集したが、更に高い分解能でのデータを収集するためによりよい結晶と凍結剤の検索中である。

研究成果

• [文献書誌] J.Funahashi et al & K.Yutani: "Role of Surface Hydrophobic Residues in the Conformational Stability of Human Lysozyme at Three Different Positions"Biochemistry. 39. 14448-14456 (2000)
• [文献書誌] S.Goda et al.& K.Yutani: "Amyloid protofilament formation of hen egg lysozyme in highly concentrated ethanol solution"Protein Science. 9. 369-375 (2000)
• [文献書誌] K.Yutani et al.: "The Process of Amyloid-like Fibril Formation by Methionine Aminopeptidase from a Hyperthermophile, Pyrococcus furiosus"Biochemistry. 39. 2769-2777 (2000)
• [文献書誌] K.Takano et al.,& K.Yutani: "Role of Amino Acid Residues at Turns in the Conformational Stability and Folding of Human Lysozyme"Biochemistry. 39. 8655-8665 (2000)
• [文献書誌] K.Takano et al.,& K.Yutani: "Contribution of Salt Bridges near the Surface of a Protein to the Conformational Stability"Biochemistry. 39. 12375-12381 (2000)
• [文献書誌] Y.Yamagata et al & K.Yutani: "Entropic Stabilization of the Tryptophan Synthase a-Subunit from a Hyperthermophile, Pyrococcus furiosus : X-ray Analysis and Calorimetry"J.Biol.Chem. (in press). (2001)
• [文献書誌] Takano, K. et al.: "Contribution of Intra- and Intermolecular Hydrogen Bonds to the Conformational Stability of Human Lysozyme"Biochemistry. 38. 12698-12708 (1999)
• [文献書誌] Funahashi, J. et al.: "Contribution of Amino Acid Substitutions at Two Different Interior Positions to the Stability of Human Lysozyme"Protein Engineering. 12. 841-850 (1999)
• [文献書誌] Lopez, M. M. et al.: "Interactions of the Major Cold Shock Protein of Bacillus subtilis CspB with Single-stranded DNA Templates of Different Base Composition"J. Biol. Chem.. 247. 33601-33608 (1999)
• [文献書誌] Takano, K. et al.: "Effect of Foreign N-terminal Residues on the Conformational Stability of Human Lysozyme"Eur. J. Biochem.. 266. 675-682 (1999)
• [文献書誌] Takano, K. et al.: "Contribution of Hydrogen Bonds to the Conformational Stability of Human Lysozyme : Calorimetry and X-ray Analysis of Six Ser -> Ala Mutants"Biochemistry. 38. 6623-6629 (1999)
• [文献書誌] Takano, K. et al.: "Experimental verification of the "stability profile of mutant protein" (SPMP) data using mutant human lysozymes"Protein Engineering. 12. 663-672 (1999)