多様な方法で高度に制御されている遺伝情報維持機構の構造的基盤

• 研究課題/領域番号: 15390016
• 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: 物理系薬学
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 山縣 ゆり子 熊本大学, 大学院・医学薬学研究部, 教授 (40183678)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 14,400千円 (直接経費: 14,400千円); 2004年度: 4,800千円 (直接経費: 4,800千円); 2003年度: 9,600千円 (直接経費: 9,600千円)
• キーワード: 遺伝情報維持機構 / 酵素-基質相互作用 / 蛋白質結晶学 / 構造生物学 / 生体内相互作用 / 蛋白質-リガンド相互作用 / DNA複製 / 蛋白質X線結晶構造解析

研究概要

遺伝情報の担い手DNAとその構成成分であるヌクレオチドは極めて強い安定性を要求される物質にも拘わらず、化学的には不安定で通常の環境下で数々の損傷を受ける。そのため、すべての生物はDNAやヌクレオチドの損傷を修復する多様な機構を備え、正確なDNAの複製と合わせて遺伝情報や生命を維持している。本研究では、DNA複製の異常基質分解、DNA複製の開始、DNA複製進行時の各場面で遺伝情報維持に働くMutT, hMTH1,NUDT5,GANP-PD, AlkBとその相互作用分子との複合体のX線結晶構造解析を行い、相互作用や生体反応、高度な制御の仕組みを原子の位置のレベルで明らかにし、機能と立体構造の多様性の中から機能発現の基本となる立体構造上の原理を発見することを目的とする。
昨年に引き続き、5種すべての蛋白質を大腸菌の発現系を用いて高純度、大量に精製し、蛋白質とリガンド(基質や生成物そのアナログ)、Co-factor存在下結晶化を行い、以下のような研究成果を得た。
MutTについては、昨年度の生成物複合体に続き、基質複合体の高分解能X線結晶構造解析を行うと共に様々な条件下Mn^<2+>のSoakingを行い、結晶内で加水分解反応を起こさせることに成功、それぞれの反応過程のスナップショットを得、反応機構解明に貢献した。
hMTH1については生成物である8-oxo-d GMP、基質である8-oxo-d GTPと2-OH-dATPとの複合体の結晶化に成功、X線結晶構造解析を行った結果、hMTH1の幅広い基質特異性発現の新しい構造学的基盤が解明された。
NUDT5-8-oxo-dGMP-Mn^<2+>3元複合体のより高分解能結晶の調製のためTagの除去に成功、現在インタクトな蛋白質を用いて結晶化を試みている。
GANP-PDとAlkBについては、それぞれ昨年に引き続き結晶化を行っている。

研究成果

• [雑誌論文] Identification of single Mn2+ binding sites required for activation of the mutant proteins of E.coli RNase HI at Glu48 and/or Asp134 by X-ray crystallography (2005)
  • 著者名/発表者名: Tsunaka Y. et al.
  • 雑誌名: J.Mol.Biol. 345 ページ: 1171-1183
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Identification of single Mn^<2+> binding sites required for activation of the mutant proteins of E.coli RNase HI at Glu48 and/or Asp134 by X-ray crystallography. (2005)
  • 著者名/発表者名: Tsunaka, Y., Takano, K., Matsumura, H., Yamagata, Y., Kanaya, S.
  • 雑誌名: J.Mol.Biol. 345 ページ: 1171-1183
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Optimal site-specific PEGylation of mutant TNF-alpha improves its antitumor potency (2004)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka Y. et al.
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Commun. 318 ページ: 808-814
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Structure of human MTH1, a Nudix family hydrolase that selectively degrades oxidized purine nucleoside triphosphates (2004)
  • 著者名/発表者名: Mishima M. et al.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279 ページ: 33806-33815
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Crystallization and preliminary X-ray analysis of Escherichia coli MutT in binary and ternary complex forms (2004)
  • 著者名/発表者名: Nakamura T. et al.
  • 雑誌名: Acta Cryst. D60 ページ: 1641-1643
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Functionalization of TNF-alpha using phage display technique and PEGylation improves its antitumor therapeutic window (2004)
  • 著者名/発表者名: Shibata H. et al.
  • 雑誌名: Clinical Cancer Res. 10 ページ: 8293-8300
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Optimal site-specific PEGylation of mutant TNF-α improves its antitumor potency (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Yoshioka, Y.Tsutsumi, S.Ikemizu, Y.Yamamoto, H.Shibata, T.Nishibata, Y.Mukai, M.Okamoto, M.Taniai, T.Shimizu, M.Kawamura, Y.Abe, S.Nakagawa, S.Nagata, Y.Yamagata, T.Mayumi
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun. 315 ページ: 808-814
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The Crystal Structure of the Tryptophan Synthase β Subunit from the Hyperthermophile, Pyrococcus furiosus : Investigation of Stabilization Factors. (2004)
  • 著者名/発表者名: Hioki, Y., Ogasahara, K., Lee, S., Ma, J., Ishida, M., Yamagata, Y., Matsuura, Y., Ota, M., Ikeguchi, M., Kuramitsu, S., Yutani, K.
  • 雑誌名: Eur.J.Biochem. 271 ページ: 2624-2635
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Antiproferative Constituents on Plants 14. Coumarins and Acridone Alkaloids from Boenninghausenia japonica Nakai. (2004)
  • 著者名/発表者名: Chaya, N., Terauchi, K., Yamagata, Y., Kinjo, J., Okabe, H.
  • 雑誌名: Biol.Pharm.Bull. 27 ページ: 1312-1316
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Structure of human MTH1, a Nudix family hydrolase that selectively degrades oxidized purine nucleoside triphosphates. (2004)
  • 著者名/発表者名: Mishima, M., Sakai, Y., Itoh, N., Kamiya, H., Furuichi, M., Takahashi, M., Yamagata, Y., Iwai, S., Nakabeppu, Y., Shirakawa, M.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279 ページ: 33806-33815
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Crystallization and preliminary X-ray analysis of Escherichia coli MutT in binary and ternary complex forms. (2004)
  • 著者名/発表者名: Nakamura, T., Doi, T., Sekiguchi, M., Yamagata, Y.
  • 雑誌名: Acta Cryst. D60 ページ: 1641-1643
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Functionalization of TNF-α using phage display technique and PEGylation improves its antitumor therapeutic window. (2004)
  • 著者名/発表者名: Sibata, H., Yoshioka, Y., Ikemizu, S., Kobayashi, K., Yamamoto, Y., Mukai, Y., Okamoto, T., Taniai, M., Kawamura, M., Abe, Y., Nakagawa, S., Nagata, S., Yamagata, Y., Mayumi, T., Tsutsumi, Y.
  • 雑誌名: Clinical Cancer Res. 10 ページ: 8293-8300
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The Crystal Structure of the Tryptophan Synthase β Subunit from the Hyperthermophile, Pyrococcus furiosus
  • 著者名/発表者名: Hioki Y. et al.
  • 雑誌名: Eur.J.Biochem. 271 ページ: 2624-2635
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] タンパク質のかたちから生命の謎を解く (2005)
  • 著者名/発表者名: 田之倉優 編
  • 総ページ数: 232
  • 出版者: 株式会社 クバプロ
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Nakano H. et al.: "Structure and binding mode of a ribosome recycling factor (RRF) from mesophilic bacterium"Journal of Biological Chemistry. 278. 3427-3436 (2003)
• [文献書誌] Takano K. et al.: "Buried Water Molecules Contribute to the Conformational Stability of a Protein"Protein Engineering. 16. 5-9 (2003)
• [文献書誌] Takatsuna H. et al.: "Identification of TIFA as an adapter protein that links TRAF6 to IRAK-1 in IL-1 receptor signaling"Journal of Biological Chemistry. 278. 12144-12150 (2003)
• [文献書誌] Yoshioka Y. et al.: "Optimal site-specific PEGylation of mutant TNF-alpha improves its antitumor potency"Biochemical and Biophysical Research Communications. 315. 808-814 (2004)
• [文献書誌] 加藤昭夫ら著: "タンパク質工学"株式会社医学出版. 305 (2003)