蛋白質のアミロイド線維形成における水の役割

• 研究課題/領域番号: 15076206
• 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: 大阪大学
• 研究代表者: 後藤 祐児 大阪大学, 蛋白質研究所, 教授 (40153770)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 45,900千円 (直接経費: 45,900千円); 2007年度: 8,000千円 (直接経費: 8,000千円); 2006年度: 8,000千円 (直接経費: 8,000千円); 2005年度: 8,000千円 (直接経費: 8,000千円); 2004年度: 11,800千円 (直接経費: 11,800千円); 2003年度: 10,100千円 (直接経費: 10,100千円)
• キーワード: 生物物理 / ナノ材料 / 生体分子 / 蛋白質のフォールディング / 老化 / アミロイド線維 / 蛋白質の構造安定性 / 透析アミロイドーシス / 蛍光顕微鏡 / 水素 / 重水素交換 / β2ミクログロブリン / アミロイドβペプチド

研究概要

アミロイド線維は、蛋白質と水との相互作用の異常がもたらす構造状態である。アミロイド線維の構造安定性や形成機構を研究することは、蛋白質の構造や物性、水との相互作用に対する理解を深めるために重要である。透析アミロイドーシスに関わるβ2ミクログロブリンとアルツハイマー病に関わるAβペプチドを用いて、アミロイド線維の構造安定性やアミロイド線維形成の分子機構を研究して、以下の成果を得た。
1.線維形成のリアルタイム観察:既に、全反射蛍光顕微鏡とアミロイド線維に特異的に結合するチオフラビンTを用いて、線維の伸長反応を一線維レベルかつリアルタイムで観察する方法を開発し、β2ミクログロブリンやAβペプチドの線維形成を観察してきた。今年度は特に、自発重合によるAβアミロイド線維形成を観察し、極めて多様な線維の形成されることを明らかにした。これを基に、アミロイド超分子構造の多様性の重要性を提案した。
2.線維の配向と分光特性:アミロイド線維が流れによって配向し、特徴的な円二色性、直線二色性を示すことを発見した。特に直線二色性を基に、アミロイド線維の発色団の分子構造を推定できることを示した。
3.蛋白質の凝集によってアミロイド核形成が促進されることを示した。また、線維形成は水との相互作用において天然構造とは異なる大きな変化を伴なうこと、熱測定や体積変化によってこれを検出できることを示した。
全研究期間内では、蛋白質のフォールディングとアミロイド線維形成についての共通点と相違点を、明らかにすることができた。特に、水との相互作用において大きく異なる特徴を示した。アミロイド線維では露出した親水性基が水の広範な水素結合ネットワークを誘導している可能性がある。しかし、その分子論的な理解は未解決であり、今後の課題である。

研究成果

• [雑誌論文] Heat-triggered conversion of protofibrils into mature amyloid fibrils of β2-microglobulin. (2007)
  • 著者名/発表者名: Sasahara, K.
  • 雑誌名: Biochemistry 46 ページ: 3286-3293
  • 査読あり
• [雑誌論文] Flow-induced alignment of amyloid protofilaments revealed by linear dichiroism. (2007)
  • 著者名/発表者名: Adachi, R.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 282 ページ: 8978-8983
  • 査読あり
• [雑誌論文] Heat-induced efficient conversion of β2-microglobulin hen egg-whitelysozyme into amyloid fibrils (2007)
  • 著者名/発表者名: Sasahara, K.
  • 雑誌名: J. Mol Biol. 372 ページ: 981-991
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualization and classification of amyloid β supramolecular assemblies. (2007)
  • 著者名/発表者名: Yagi, H
  • 雑誌名: Biochemistry 46 ページ: 15009-15017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct observation of amyloid growth monitored by total internal reflection fluorescence microscopy. (2006)
  • 著者名/発表者名: Ban, T.
  • 雑誌名: Methods Enzymol. 413 ページ: 91-102
• [雑誌論文] Direct observation of amyloid fibril growth, propagation, and adaptation. (2006)
  • 著者名/発表者名: Ban, T.
  • 雑誌名: Acc. Chem. Res. 39 (9) ページ: 663-670
• [雑誌論文] Conformation of amyloid fibrils of β_2-microglobulin probed by tryptophan mutagenesis. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kihara, M.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 281 (41) ページ: 31061-31069
• [雑誌論文] Seeding-dependent propagation and adaptation of amyloid fibril conformation. (2006)
  • 著者名/発表者名: Chatani, E.
  • 雑誌名: J. Mol. Biol. 359 (4) ページ: 1086-1096
• [雑誌論文] Real-time and single fibril observation of the formation of amyloid β spherulitic structures. (2006)
  • 著者名/発表者名: Ban, T.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 281 (44) ページ: 33677-33683
• [雑誌論文] 3D Structure of amyloid protofilaments of β2-microglobulin fragment probed by solid-state NMR. (2006)
  • 著者名/発表者名: Iwata, K.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 103 (48) ページ: 18119-18124
• [雑誌論文] Stereospecific amyloid fibril formation of a peptide fragment of β2-microglobulin. (2005)
  • 著者名/発表者名: Wadai, H.
  • 雑誌名: Biochemistry 44(1) ページ: 157-164
• [雑誌論文] Critical balance of electrostatic and hydrophobic interactions is required for β2-microglobulin arnyloid fibril growth and stability. (2005)
  • 著者名/発表者名: Raman, B.
  • 雑誌名: Biochemistry 44(4) ページ: 1288-1299
• [雑誌論文] Seeding-dependent maturation of β2-microglobulin amyloid fibrils at neutral pH. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kihara, M.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280(1) ページ: 12012-12018
• [雑誌論文] Metal ion-dependent effects of clioquinol on the fibril growth of an amyloid β peptide. (2005)
  • 著者名/発表者名: Raman, B.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280(16) ページ: 16157-16162
• [雑誌論文] NMR characterization of refolding of β2-microglobulin trapped by prolyl cis-trans isomerization. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kameda, A.
  • 雑誌名: J.Mol.Biol. 348(2) ページ: 383-397
• [雑誌論文] Main-chain dominated amyloid structures demonstrated by the effect of high pressure. (2005)
  • 著者名/発表者名: Chatani, E.
  • 雑誌名: J.Mol.Biol. 352(4) ページ: 941-951
• [雑誌論文] Kinetically controlled thermal response of β2-microglobulin amyloid fibrils. (2005)
  • 著者名/発表者名: Sasahara, K.
  • 雑誌名: J.Mol.Biol. 352(3) ページ: 700-711
• [雑誌論文] αB-Crystallin, a small heat shock protein, prevents the amyloid fibril growth of an amyloid B-peptide and B2-microglobulin. (2005)
  • 著者名/発表者名: Raman, B.
  • 雑誌名: Biochem.J. 392(3) ページ: 573-581
• [雑誌論文] Seeding-dependent propagation versus maturation of amyloid fibril conformation. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, K.
  • 雑誌名: J.Mol.Biol. 352(4) ページ: 952-960
• [雑誌論文] Ultrasonication-induced amyloid fibril formation of β2-microglobulin. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ohhashi, Y.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280(38) ページ: 32843-32848
• [雑誌論文] Structural model of the amyloid fibril formed by β2-microglobulin #21-31 fragment based on vibrational spectroscopy. (2005)
  • 著者名/発表者名: Hiramatsu, H.
  • 雑誌名: J.Amer Chem.Soc. 127(22) ページ: 7988-7989
• [雑誌論文] Molecular interactions in the formation and deposition of β2-microglobulin-related amyloid fibrils. (2005)
  • 著者名/発表者名: Naiki H.
  • 雑誌名: Amyloid 12(1) ページ: 15-25
• [雑誌論文] Kinetic analysis of the polymerization and depolymerization of β2-microglobulin-related amyloid fibrils in vitro. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto, S.
  • 雑誌名: Biochim.Biophys.Acta (Special Issue) 1753 ページ: 64-75
• [雑誌論文] Structural studies reveal that the diverse morphology of β2-microglobulin aggregates is a reflection of different molecular architectures. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kardos, J.
  • 雑誌名: Biochim.Biochem.Acta (Special Issue) 1753 ページ: 108-120
• [雑誌論文] アミロイド線維形成の原動力:エントロピー的排除容積効果 (2005)
  • 著者名/発表者名: 木下正弘
  • 雑誌名: 現代化学 4月号 ページ: 27-31
• [雑誌論文] アミロイド線維形成機構-裏の世界の構築原理 (2005)
  • 著者名/発表者名: 茶谷絵理
  • 雑誌名: 実験医学 23 ページ: 174-180
• [雑誌論文] Alcohol- and Salt-induced Partially Folded Intermediates. (2005)
  • 著者名/発表者名: Hamada, D.
  • 雑誌名: Protein Folding Handbook Vol.2 (Eds.J.Buchner and T.Kiefhaber) ページ: 884-916
• [雑誌論文] Increase in the conformational flexibility of β2-microglobulin upon copper binding. (2004)
  • 著者名/発表者名: Villanueva, James
  • 雑誌名: Protein Science 13(3) ページ: 797-809
• [雑誌論文] Oputimum amyloid fibril formation of peptide 20-41 at neutral pH suggests intrinsic amyloidogenic preference of β2-microglobulin. (2004)
  • 著者名/発表者名: Ohhashi, Yukiko
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279(11) ページ: 10814-10821
• [雑誌論文] Core and heterogeneity of β2-microglobulin amyloid fibrils as revealed by H/D exchange. (2004)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, Kei-ichi
  • 雑誌名: J.Mol.Biol. 338(3) ページ: 559-571
• [雑誌論文] Conformational stability of amyloid fibrils of β2-mictroglobulin probed by guanidine hydrochloride-induced unfolding. (2004)
  • 著者名/発表者名: Narimoto, Takehiro
  • 雑誌名: FEBS Letters 576(3) ページ: 313-319
• [雑誌論文] Direct measurement of the thermodynamic parameters of amyloid formation by isothermal titration calorimetry. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kardos, Jozsef
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279(53) ページ: 55308-55314
• [雑誌論文] Direct observation of Aβ amyloid fibril growth and inhibition. (2004)
  • 著者名/発表者名: Ban, Tadato
  • 雑誌名: J.Mol.Biol. 344(3) ページ: 757-767
• [学会発表] Direct observation of amyloid fibril growth and propagation (2007)
  • 著者名/発表者名: 後藤祐児
  • 学会等名: Conference on Structure and Dynamics in Soft Matter and Biomolecules
  • 発表場所: Trieste, Italy
• [図書] 「タンパク質の一生集中マスター」遠藤斗志也、森和俊、田口英樹編 (2007)
  • 著者名/発表者名: 櫻井一正
  • 総ページ数: 146
  • 出版者: 羊土社
• [図書] タンパク質の一生集中マスター(遠藤、森、田口編) (2007)
  • 著者名/発表者名: 櫻井一正
  • 総ページ数: 146
  • 出版者: 羊土社
• [図書] タンパク質科学「構造・物性・機能」 (2005)
  • 著者名/発表者名: 後藤 祐児
  • 総ページ数: 566
  • 出版者: 化学同人
• [備考]
  • URL: http://www.protein.osaka-u.ac.jp/
• [文献書誌] Fernandez, Ariel: "Structural defects and the diagnosis of amyloidogenic propensity"Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 100. 6446-6451 (2003)
• [文献書誌] Gozu, Masayo: "Conformatinal dynamics of β2-microglobulin analyzed by reduction and reoxidation of the disulfide bond."J.Biochem.. 133. 731-736 (2003)
• [文献書誌] Fernandez, Ariel: "Protein folding : could hydrophobic collapse be coupled with hydrogen-bond formation?"FEBS Letters. 536. 187-192 (2003)
• [文献書誌] Ban, Tadato: "Direct observation of amyloid fibril growth monitored by thioflavin T fluorescence."J.Biol.Chem.. 278. 16462-16465 (2003)
• [文献書誌] Hirota-Nakaoka, Nami: "Dissolution of β_2-microglobulin amyloid fibrils by dimethylsufloxide."J.Biochem.. 134. 159-164 (2003)
• [文献書誌] Chiba, Takeshi: "Amyloid fibril formation in the context of full-length protein : Effects of proline mutations on the amyloid fibril formation of β2-microglobulin."J.Biol.Chem.. 278. 47009-47015 (2003)