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異方的磁気相互作用を利用した膜結合生理活性ペプチド構造解析法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 13024263
研究種目

特定領域研究

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関横浜国立大学

研究代表者

内藤 晶  横浜国立大学, 大学院・工学研究院, 教授 (80172245)

研究分担者 西村 勝之  横浜国立大学, 大学院・工学研究院, 助手 (00334631)
辻 暁  姫路工業大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (60227387)
斉藤 肇  姫路工業大学, 大学院・理学研究科, 教授 (30100150)
研究期間 (年度) 2001 – 2002
研究課題ステータス 完了 (2002年度)
配分額 *注記
3,600千円 (直接経費: 3,600千円)
2002年度: 1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
2001年度: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
キーワード固体NMR / 生体膜 / 生理活性ペプチド / 立体構造 / 磁気異方的相互作用 / ヘリックス / 等方化学シフト値 / メリチン / オピオイドペプチド / リン脂質 / 磁場配向 / ダイノルフィン / α-helix / 光学顕微鏡
研究概要

本年度は生体膜に結合した状態で生理活性機能を示す生理活性ペプチドの立体構造と運動性を固体NMRの手法によって観測できる磁気異方的相互作用を解析する方法の開発を行い、以下の成果を得た。
化学シフト異方性を利用した構造解析法の開発 ペプチド結合を形成するカルボニル炭素の化学シフトテンソルのδ_<33>軸がペプチド面に垂直であること、およびδ_<22>軸がC=0軸に平行であることに注目して、膜と結合してヘリックスを形成するペプチドの膜結合構造解析法を開発した1人リックスを形成するペプチドがヘリックス軸のまわりで大きな振幅の運動を持つ場合には、カルボニル炭素の^<13>C NMR線形は軸対称粉末線形になり異方性が大きく減少することが分かった。さらに磁場に配向した状態でのカルボニル炭素の^<13>C化学シフト値とマジック角で回転したMAS法で得られる等方化学シフト値、さらに低温で測定して得られる固定した状態の異方的化学シフト値を組み合わせることで、ヘリックス軸の膜面に対する配向の角度およびペプチド面のねじれ角を精度よく決定できることが分かった。
メリチンの膜結合構造の膜厚依存症 メリチンとリン脂質をモル比で1:10に混合して調製した2分子膜小胞は楕円形になり、磁場に自発的に配向することをすでに明らかにしている。今回はアシル鎖の長さの違うリン脂質、DLPC,DMPG,DPPCを用いてこれらの膜と結合したメリチンの構造を上に述べた解析法を用いて決定した。この結果、全てのリン脂質膜においてメリチンは膜に対して垂直にヘリックス軸が挿入した構造をとることが判明した。さらにN-末端とC-末端側のヘリックスの折れ曲がり角度はほぼ120度であり結晶を形成したときの角度によく一致することが判明した。しかし膜厚の厚いDPPC膜の場合ヘリックスは膜貫通する長さを持たないことが分かった。

報告書

(2件)
  • 2002 実績報告書
  • 2001 実績報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (24件)

  • [文献書誌] S.Kimura: "Dynamics and Orientation of Transmembrane Peptide from Bacteriorhodopsin Incorporated into Lipid Bilayer as Revealed by Solid State and ^<31>P and ^<13>C NMR Spectroscopy"Biopolymers. 63. 122-131 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] S.Kimura: "Dynamic Structure of Transmembrane α-Helical Fragments of Bacteriorhodopsin in Lipid Bilayer Characterized by ^<13>C Chemical Shift Tensor and Hydrogen Bond Distance by REDOR NMR"J. Mol. Struct.. 602-603. 125-131 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Shindo: "Stepwise Conformational Transition of Crystalline Disodium Adenosin 5'-Triphosphate with Relative Humidity as Studied by High Resolution Solid State ^<13>C and ^<31>P NMR"J. Mol. Struct.. 602-603. 389-397 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] A.Fukutani: "Determination of Principal Components and Their Directions of ^<15>N Chemical Shift Tensor and N-H Bond Lengths in Simple Peptides as Parameters for Characterization of N-H・・・O=C Hydrogen Bonds"J. Mol. Struct.. 602-603. 491-503 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] A.Naito: "Dynorphin Induced Magnetic Ordering in Lipid Bilayers as Studied by ^<31>P NMR Spectroscopy"Biochem. Biophys. Acta. 1558. 34-44 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] E.Alberti: "Study of Wheat High Molecular Weight 1Dx5 Subunit by ^<13>C abd ^1H Solid-State NMR. II. Roles of Nonrepetitive Terminal Domains and Length of Repetitive Domain"Biopolymers. 65. 158-160 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] H.Saito: "Dynamic Aspect of Membrane Proteins and Membrane Associated Peptides as Revealed by ^<13>C NMR : Lessons from Bacteriorhodopsin as an Intact protein"Annu. Rep. NMR Spectrosc.. (In press). (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] M.Kamihira: "Effect of Electrostatic Interaction on Fibril Formation of Human Calcitonin as Studied by High Resolution Solid State ^<13>C NMR"J. Biol. Chem.. 278. 2859-2865 (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] A.Naito: "Conformational Analysis of Opioid Peptides in the Solid State and the Membrane Environments by NMR Spectroscopy"Current Topics of Medicinal Chemistry. (In press). (2003)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] A.Naito: "Solid State NMR of Biomolecules in Handbook of Thin Film Materials"Academic Press. 773 (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] A.Naito: "Limit of Accuracy of Internuclear Distances Measured by REDOR in Encyclopedia of Nuclear Magnetic Resonance"John Wily & Sons, Ltd.. (2002)

    • 関連する報告書
      2002 実績報告書
  • [文献書誌] S.Yamaguchi: "Surface dynamics of Bacteriorhodopsin as revealed by ^<13>C NMR syudies on [^<13>C]Ala-labeled protein : Determination of millisecond or microsecond motions in interhelical loops and C-terminal a-helix"J.Biochem.. 129. 373-382 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] S.Kimura: "A ^<13>C NMR syudy on [3-^<13>C]-, [1-^<13>C]Ala-, or [1-^<13>C]Val-labeled transmembrane peptides of bacteriorhodopsin in lipid bilayers : Insertion, rigid-body motions, and local conformational fluctuations at ambient temperature"Biopolymers. 58. 78-88 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] S.Yamaguchi: "Cytoplasmic surface structure of bacteriorhodopsin consisting of interhelical loops and C-terminal α-helix, modified by a variety of environmental factors as studied by ^<13>C-NMR"Eur.J.Biochem.. 268. 2218-2228 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] 内藤 晶: "自発配向膜を用いた生理活性ペプチドの高次構造、配向、ダイナミックスの解析"生物物理. 41. 258-261 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] S.Tuzi: "Regio-selective detection of dynamic structure of transmembrane α-helicies as revealed from ^<13>C NMR spectra of [3-^<13>C]Ala-labeled bacteriorhodopsin in the presence of Mn^<2+> ion"Biophys.J.. 81. 425-434 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] K.Nishimura: "Natural abundance ^<13>C REDOR coupled to a singly ^<15>N-labeled nucleus : Simultaneous determination of interatomic distances in crystalline ammonium [^<15>N]L-glutamate monohydrate"J.Mol.Struct.. 560. 29-38 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] H.Kimura: "Characterization of α-helix structures in polypeptides, revealed by ^<13>C=O・・・H^<-15>N hydrogen bond lengths determined by ^<13>C REDOR NMR"J.Mol.Struct.. 562. 197-203 (2001)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] S.Kimura: "Dynamics and orientation of transmembrane peptide from bacterirhodopsin incorporated into lipid bilayer as revealed by solid state ^<31>P and ^<13>C NMR spectroscopy"Biopolymers. (in press). (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] S.Kimura: "Dynamic structure of transmembrane α-helical fragments of bacteriorhodopsin in lipid bilayer characterized by ^<13>C chemical shift tensor and hydrogen bond distance by REDOR NMR"J.Mol.Struct.. 602-603. 125-131 (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] Y.Shindo: "Stepwise conformational transition of crystalline disodium adenosin 5'-triphosphate with relative humidity as studied by high resolutin solid state ^<13>C and ^<31>P NMR"J.Mol.Struct.. 602-603. 389-397 (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] A.Fukutani: "Determination of principal components and their directions of ^<15>N chemical shift tensor and N-H bond lengths in simple peptides as parameters for characterization of N-H ・・・ O=C hydrogen bonds"J.Mol.Struct.. 602-603. 491-503 (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] A.Naito: "Dynorphin induced magnetic ordering in lipid bilayers as studied by ^<31>P NMR spectroscopy"Biochim.Bionhys.Acta. 1558. 34-44 (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書
  • [文献書誌] A.Naito: "Solis state NMR of biomolecules in Handbook of Thin film Materials"Academic Press. 773 (2002)

    • 関連する報告書
      2001 実績報告書

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公開日: 2001-04-01   更新日: 2018-03-28  

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