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タンパク質の機能とモジュールシャッフリング

研究課題

研究課題/領域番号 11480189
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 生物物理学
研究機関名古屋大学

研究代表者

郷 通子  名古屋大学, 大学院・理学研究科, 教授 (70037290)

研究分担者 由良 敬  日本原子力研究所, 計算科学技術推進センター, 研究員 (50252226)
高橋 健一  名古屋大学, 大学院・理学研究科, 助手 (20322737)
研究期間 (年度) 1999 – 2002
研究課題ステータス 完了 (2002年度)
配分額 *注記
14,500千円 (直接経費: 14,500千円)
2002年度: 2,500千円 (直接経費: 2,500千円)
2001年度: 3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
2000年度: 3,500千円 (直接経費: 3,500千円)
1999年度: 5,000千円 (直接経費: 5,000千円)
キーワードモジュール分類 / シャッフリング / イントロン / 膜タンパク質 / ペルオキシターゼ / 金属イオン / 核酸との相互作用 / 機能微調整 / ペルオキシダーゼ / モジュール / ゲノム情報 / ヘモグロビン / サブユニット接触 / タンパク質機能 / モジュールシャッフリング / タンパク質相互作用 / 金属イオン結合 / ミニバルナ-ゼ / フィコシアニン / リン酸基結合 / キシラナーゼ / キメラ酵素 / 糖結合 / 3Dキーノート
研究概要

タンパク質の機能は全体構造に担われているわけではなく、(1)むしろ局所構造としてのモジュールが機能を担うこと、(2)モジュールを部品として生物が進化の過程で行ってきたタンパク質デザインの実体を明らかとする目的で本研究を開始した。結果として、タンパク質の各種の機能は局所的であり、ほとんどの機能はモジュールにアサインできることがわかった。例えば、(1)ファミリー10キシラナーゼの触媒ドメインにおいて、機能部位はモジュー・ルに局在し、(2)金属イオンの配位子は多くの場合1個または2個のモジュールに局在していた。しかも、構造も機能も全く異なるタンパク質に、立体構造が類似で同様の機能を持つモジュールが頻繁に存在することから、シャッフルされたモジュールである可能性が示された。(3)タンパク質間相互作用が共通のモジュールによって担われているケースも発見した。(4)ヘモグロビンのサブユニット間相互作用は、サブユニット当たり主に2個のモジュールが関わっているに過ぎない。この局在性が、様々な系統におけるヘモグロビンのサブユニット構成の多様性を生む1つの要因であると考えられる。さらに、実験によりモジュールはシャッフリングが可能なユニットであることを示した。例えば、(1)RNasbの一種であるバルナーゼからモジュールM2を欠失させても、天然構造に近い立体構造を形成し、また天然タンパク質に特有の2状態転移を示した。(2)ファミリー10に属する2種のキシラナーゼ間でモジュールM10を交換したキメラ・キシラナーゼにおいて、酵素活性は10分の1に下がったものの、構造と機能が維持されていた。本研究により、モジュールに基づくタンパク質デザインの基本原理の一端を、計算科学と実験科学の両側面から明らかにすることができた。

報告書

(5件)
  • 2002 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2001 実績報告書
  • 2000 実績報告書
  • 1999 実績報告書
  • 研究成果

    (62件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (62件)

  • [文献書誌] Takahashi, K. et al.: "A Mini-Protein Designed by Removing a Module from Barnase : Molecular Modeling and NMR Measurements of the Conformation."Protein Engineering. 12. 673-680 (1999)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Sato, Y. et al.: "Module-Intron Correlation and Intron Sliding in Family F/10 Xy lanase Genes."Gene. 238. 93-101 (1999)

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  • [文献書誌] Kaneko, S. et al.: "An Investigation of the Nature and Function of Module 10 in a Family F/10 Xylanase FXYN of Streptomyces olivaceoviridjs E-86 by Module Shuffling with the Cex of Cellulomonas fimi and by Site-Directed Mutagenesis."FEBS Letters. 460. 61-66 (1999)

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  • [文献書誌] Kikuchi, H. et al.: "Significance of a two-domain structure in subunits of phycobiliproteins revealed by the normal mode analysis."Biophysical Journal. 79. 1587-1600 (2000)

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  • [文献書誌] Kaneko, S. et al.: "Module shuffling of a family F/10 xylanase : replacement of modules M4 and M5 of the FXYN of Streptomyces olivaceoviridis E-86 with those of the Cex of Cellulomonas fimi."Protein Eng.. 13. 873-879 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Takahashi, K. et al.: "Conformational characterization of designed minibarnase."Biopolymers. 58. 260-267 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Ahsan, M.M.et al.: "Capacity of Thermoonospora alba XylA to impart thermostability in family F/10 chimeric xylanases."Enzyme Microb.Technol.. 28. 8-15 (2001)

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  • [文献書誌] Shionyu, M. et al.: "Variable subunit contact and cooperativity of hemoglobins."J.Mol.Evol.. 53. 416-429 (2001)

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  • [文献書誌] 郷 通子: "タンパク筆の部分立体構造とゲノム機能推定"生物物理. 40. 313-314 (2000)

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  • [文献書誌] 郷 通子: "遺伝子構造の進化とプロテオーム"学術月報. 55. 1141-1147 (2002)

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  • [文献書誌] Go, M.et al.: "Protein Folding and Genome Evolution. In "Old and New Views of Protein Folding""Elsevier. 239-248 (1999)

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  • [文献書誌] 郷 通子(分担加筆): "分子進化の階属性:モジュールシャッフリング仮説/生命の起源と進化の物理学"共立出版. 231 (2002)

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  • [文献書誌] Yura, K.et al.: "Putative Mechanism of Natural Transformation as Deduced from Genome Data."DNA Research. 6. 75-82 (1999)

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  • [文献書誌] Kaneko, S.et al.: "An Investigation of the Nature and Function of Module 10 in a Family F/10 Xylanase FXYN of Streptomyces olivaceoviridis E-86 by Module Shuffling with the Cex of Cellulomonas fimi and by Site-Directed Mutagenesis."FEBS Letters. 460. 61-66 (1999)

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  • [文献書誌] Sato, Y.et al.: "Module-Intron Correlation and Intron Sliding in Family F/10 Xylanase Genes."Gene. 238. 93-101 (1999)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Takahashi, K.et al.: "A Mini-Protein Designed by Removing a Module from Barnase : Molecular Modeling and NMR Measurements of the Conformation."Protein Engineering. 12. 673-673 (1999)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Kikuchi, H.et al.: "Significance of a two-domain structure in subunits of phycobiliproteins revealed by the normal mode analysis."Biophysical Journal. 79. 1587-1600 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Go, M.: "Protein Local Structure and Prediction of Genome Function"Seibutubuturi. 40. 313-314 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yoshihara, S.et al.: "Mutational analysis of genes involved in pilus structure, motility and transformation competency in the unicellular motile cyanobacterium Synechocystis sp.PCC 6803"Plant Cell Physiol.. 42. 63-73 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Takahashi, K.et al.: "Conformational characterization of designed minibarnase."Biopolymers. 58. 260-267 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Ahsan, M.M.et al.: "Capacity of Thermoonospora alba XylA to impart thermostability in family F/10 chimeric xylanases."Enzyme Microb.Technol.. 28. 8-15 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Shionyu, M.et al.: "Variable subunit contact and cooperativity of hemoglobins."J.Mol.Evol.. 53. 416-429 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Taniguchi, Y.et al.: "Two KaiA-binding domains of cyanobacterial circadian clock protein KaiC."FEBS Lett.. 496. 1-5 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yura, K., Go, M.: "POU Domain"Seitai no kagaku Motif / Domain List. 52. 384-385 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Shirai, T., Go, M.: "Ribonuclease-like Domain"Seitai no kagaku Motif / Domain List. 52. 392-393 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yura, K., Go, M.: "Zinc-Finger Domain"Seitai no kagaku Motif / Domain List. 52. 394-395 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Go, M.: "Analysis of Genome Function and Evolution on the Basis of Protein Conformation"Tanpakushitsu Kakusan Kouso "New Challenge of Genome Science". 46. 2586-2591 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yura, K., Go, M.: "Prediction of Genome Function on the Basis of Module : 3D-Key note"Tanpakushitsu Kakusan Kouso. 47. 1090-1096 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Go, M.: "Evolution of Gene structure and Proteome Analysis"Gakujyutsugeppou. 55. 1141-1147 (2002)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yamaguchi, A.et al.: "Enlarged FAMSBASE : 3D protein structure models of genome sequences for 41 species."Nucleic Acids Research. 31. 463-468 (2003)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Matsumoto, K.et al.: "Distinct Interaction of Versican/PG-M with Hyaluronan and Link Protein"J.Biol.Chem.. 278. 41205-41212 (2003)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yada, T.et al.: "Chondroitin sulfate synthase-2. Molecular cloning and characterization of a novel human glycosyltransferase homologous to chondroitin sulfate glucuronyltransferase, which has dual enzymatic activities."J.Biol.Chem.. 278. 30235-30247 (2003)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yamaguchi, A.et al.: "Het-PDB Navi. : A Database for Protein-Small Molecule Interactions."J.Biochem.. 135. 79-84 (2003)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Go, M.et al.: "Old and New Views of Protein Folding (Kuwajima, K. and Arai M.)"Elsevier Science. 318 (1999)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Go, M., (joint contribution): "Protein confermation Essential for Biological Function "How were proteins designed during evolution?""Kubapro. 1199 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Go, M., (joint contribution): "Basic Proteomics, "Exploring Protein Function from Its Structure""Kodansha. 166 (2000)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Go, M., (joint contribution): "Organisms and Metals "Biological Evolution Viewed from Metal Proteins""Kubapro. 207 (2001)

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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Go, M., (joint contribution): ""Physics of Origin of Life and Biological Evolution" New biophysics (series 2)"Kyoritsu syuppan co.. 231 (2003)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
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      2002 研究成果報告書概要
  • [文献書誌] Yamaguchi, A. et al.: "Enlarged FAMSBASE : 3D protein structure models of genome sequences for 41 species"Nucleic Acids Research. 31・1. 463-468 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 由良 敬, 郷 通子: "モジュールに基づく機能予測-3Dキーノート"蛋白質核酸酵素. 47・8. 1090-1096 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 郷 通子: "遺伝子構造の進化とプロテオーム解析"学術月報. 55・15. 1141-1147 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] 郷 通子(分担執筆): "「生命の起源と進化の物理学」ニューバイオフィジックス(シリーズ2)"共立出版. 231 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Shionyu, M. et al.: "Variable subunit contact and cooperativity of hemoglobins"J. Mol. Evol.. 53. 416-429 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Taniguchi, Y. et al.: "Two KaiA-binding domains of cyanobacterial circadian clock protein KaiC"FEBS Lett.. 496. 1-5 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 由良 敬, 郷 通子: "POU ドメイン"生体の科学 モチーフ・ドメインリスト. 52・5. 384-385 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 白井 剛, 郷 通子: "リボヌクレアーゼ様ドメイン"生体の科学 モチーフ・ドメインリスト. 52・5. 392-393 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 由良 敬, 郷 通子: "ジンクフィンガードメイン"生体の科学 モチーフ・ドメインリスト. 52・5. 394-395 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 郷 通子: "蛋白質立体構造情報からのゲノム機能解読・進化の解析"蛋白質核酸酵素 増刊号 「ゲノムサイエンスの新たなる挑戦」. 46・16. 2586-2591 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 郷 通子 (分担執筆): "生物と金属 金属イオンの生体内で働く仕組み"クバプロ. 207 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Kikuchi,H. et al.: "Significance of a two-domain structure in subunits of phycobiliproteins revealed by the normal mode analysis."Biophysical Journal. 79・3. 1587-1600 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 郷通子: "タンパク質の部分立体構造とゲノム機能推定"生物物理. 40・5. 313-314 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Yoshihara,S. et al.: "Mutational analysis of genes involved in pilus structure, motility and transformation competency in the unicellular motile cyanobacterium Synechocystis sp.PCC 6803."Plant Cell Physiol.. 42. 63-73 (2001)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Takahashi,K. et al.: "Conformational characterization of designed minibarnase."Biopolymers. 58・3. 260-267 (2001)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Ahsan,M.M. et al.: "Capacity of Thermoonospora alba XylA to impart thermostability in family F/10 chimeric xylanases."Enzyme Microb.Technol.. 28. 8-15 (2001)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 郷通子(分担執筆): "生物の働きを生み出すタンパク質のかたち,「タンパク質はどのように進化してきたか」"クバプロ. 199 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 郷通子(分担執筆): "プロテオミクスの基礎,「構造から機能を探る」"講談社. 166 (2000)

    • 関連する報告書
      2000 実績報告書
  • [文献書誌] 由良敬(分担執筆): "タンパク質立体構造に基づくゲノム機能予測,「ゲノム情報生物学-bio-informaticsとinformation biology」"中山書店. 210 (2000)

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      2000 実績報告書
  • [文献書誌] Kei Yura et al.: "Putative Mechanism of Natural Transformation as Deduced from Genome Data."DNA Research. 6・2. 75-82 (1999)

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      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Satoshi Kaneko et al.: "An Investigation of the Nature and Function of Module 10 in a Family F/10 Xylanase FXYN of Streptomyces olivaceoviridis E-86 by Module Shuffling with the Cex of Cellulomonas fimi and by Site-Directed Mutagenesis."FEBS Letters. 460・1. 61-66 (1999)

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      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Yoko Sato et al.: "Module-Intron Correlation and Intron Sliding in Family F/10 Xylanase Genes."Gene. 238・1. 93-101 (1999)

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      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Ken-ichi Takahashi et al.: "A Mini-Protein Designed by Removing a Module from Barnase: Molecular Modeling and NMR Measurements of the Conformation."Protein Engineering. 12・8. 673-673 (1999)

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      1999 実績報告書
  • [文献書誌] Mitiko Go et al.: "Old and New Views of Protein Folding"Kuwajima, K. and Arai M. (Elsevier Science). 318 (1999)

    • 関連する報告書
      1999 実績報告書

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公開日: 1999-04-01   更新日: 2016-04-21  

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