酵母プリオンをモデルとしたプリオン伝搬機構の解明

• 研究課題/領域番号: 17370034
• 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: 構造生物化学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 田口 英樹 東京大学, 大学院・新領域創成科学研究科, 准教授 (40272710)
• 研究期間 (年度): 2005 – 2007
• 研究課題ステータス: 完了 (2007年度)
• 配分額: 15,760千円 (直接経費: 14,500千円、間接経費: 1,260千円); 2007年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2006年度: 4,600千円 (直接経費: 4,600千円); 2005年度: 5,700千円 (直接経費: 5,700千円)
• キーワード: プリオン / フォールディング / シャペロン / 出芽酵母 / アミロイド / タンパク質 / タンパク質凝集 / 酵母 / 1分子 / 凝集 / フォールデイング / Saccaromyces cerevisiae

研究概要

狂牛病などで知られるプリオンでは蛋白質の構造変換が自己触媒的に増殖しながら伝搬していく。蛋白質が増殖していくという従来の蛋白質科学の常識ではあり得ない現象がどのようなメカニズムで引き起こされるかを解明することは急務である。本研究では、安全な出芽酵母のプリオン現象をモデルにしてプリオンの伝搬がどのような分子機構で成し遂げられるのかを明らかにすることを目的とする。昨年度までに、試験管内で酵母プリオンタンパク質Sup35の線維成長を全反射蛍光顕微鏡で観察する系を構築(in vitro)、また、細胞内でSup35とGFPの融合タンパク質の動態解析(in vivo)を行った。
そこで、最終年度の19年度は、上記の研究を発展させ、研究を総括した。
in vitro:前年度までの実験系を拡張することで、酵母プリオンSup35線維の末端にモノマーのSup35が1分子、1分子が付加していくようすを全反射顕微鏡で観察し、その速度論の解析を行った。その解析の結果、Sup35線維の末端において、モノマーSup35が結合したあと、次のモノマーが結合するまでに構造変化が起こることが間接的に示された。これはプリオンに特徴的な構造変換のようすを分子レベルで捉えたとも言える結果である。
in vivo:細胞内でのプリオンの実体がオリゴマーレベルの凝集体にあることを昨年度までに明らかにしたので、さらにこのプリオンのオリゴマーの動態を量子ドット技術の応用により詳細に調べた。また、プリオンのオリゴマーが増殖・伝搬するための必須のタンパク質であるHsp104シャペロンがどのように関与するのか、についてSup35GFPの動態を観察することで詳細に解析した。

研究成果

• [雑誌論文] Bimodal protein solubility distribution revealed by an aggregation analysis of the entire ensemble of Escherichia coli proteins (2009)
  • 著者名/発表者名: Niwa, T., Ying, B. -W., Saito, K, Jin, W. Z., Takada, S., Ueda, T. Taguchi, H.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. (印刷中)(掲載確定)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cryo-EM structure of the native GroEL-GroES complex from Thermus thermophilus encapsulating substrate inside the cavity. (2009)
  • 著者名/発表者名: Kanno, R., Koike-Takeshita, A., Yokoyama, K., Taguchi, H., Mitsuoka, K.
  • 雑誌名: Structure 17 ページ: 287-293
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bimodal protein solubility distribution revealed by an aggregation analysis of the entire ensemble of Escherichia coli proteins. (2009)
  • 著者名/発表者名: Niwa, T., Ying, B. -W., Saito, K., Jin, W. Z., Takada, S., Ueda, T, Taguchi, H.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Kinetic analysis of conformational changes of GroEL based on the fluorescence of tyrosine 506. (2008)
  • 著者名/発表者名: Hosono, K, Ueno, T., Taguchi, H., Motojima, F, Zako, T., Yoshida, M., Funatsu, T.
  • 雑誌名: Protein J. 27 ページ: 461-468
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Revisiting the GroEL-GroES reaction cycle via the symmetrical intermediate implied by novel aspects of the GroEL (D398A) mutant. (2008)
  • 著者名/発表者名: Koike-Takeshita, A., Yoshida, M., Taguchi, H.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 283 ページ: 23774-23781
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Single molecule imaging of full protein synthesis by immobilized ribosomes. (2008)
  • 著者名/発表者名: Uemura, S., Iizuka, R., Ueno, T., Shimizu, Y, Taguchi, H., Ueda, T., Puglisi, J., Funatsu, T.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 36 ページ: 70-74
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparison of refolding activities between nanogel artificial chaperone and GroEL systems (2008)
  • 著者名/発表者名: Asayama, W., Sawada, S., Taguchi, H., Akiyoshi, K.
  • 雑誌名: Int. J. Biol. Macromol. 42 ページ: 241-246
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Revisiting the GroEL-GroES reaction cycle via the symmetrical intermediate implied by novel aspects of the GroEL (D398A) mutant. (2008)
  • 著者名/発表者名: Koike-Takeshita, A., Yoshida, M., Taguchi, H.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 283 ページ: 23774-23781
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Comparison of refolding activities between nanogel artificial chaperone and GroEL systems (2008)
  • 著者名/発表者名: Asayama, W., Sawada, S., Taguchi, H., Akiyoshi, K.
  • 雑誌名: Int. J. Biol. Macromol (掲載確定)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Filamentous morphology in GroE-depleted Escherichia coli induced by impaired folding of FtsE. (2007)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara, K., Taguchi, H.
  • 雑誌名: Journal of Bacteriology 189 ページ: 5860-5866
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Filamentous morphology in GroE-depleted Escherichia coli induced by impaired folding of FtsE. (2007)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara, K., Taguchi, H.
  • 雑誌名: J. Bacteriol. 189 ページ: 5860-5866
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Filamentous morphology in GroE-depleted Escherichia coli induced by impaired folding of FtsE (2007)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara, K. Taguchi, H.
  • 雑誌名: J. Bacteriol 189 ページ: 5860-5866
  • 査読あり
• [雑誌論文] Chaperone properties of mammalian mitochondrial translation factor Tu. (2007)
  • 著者名/発表者名: Suzuki.H., Ueda, T., Taguchi, H., Takeuchi, N.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 282 ページ: 4076-4084
• [雑誌論文] Dynamics of yeast prion aggregates in single living cells. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kawai-Noma, S., Ayano, S., Pack, C-G., Kinjo, M., Yoshida, M., Yasuda, K., Taguchi, H.
  • 雑誌名: Genes to Cells 11 ページ: 1085-1096
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
  • 査読あり
• [雑誌論文] Co-translational binding of GroEL to nascent polypeptides is followed by post-translational encapsulation by GroES to mediate protein folding. (2006)
  • 著者名/発表者名: Ying, B. -W. Taguchi, H., Ueda, T.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 281 ページ: 21813-21819
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Leu-309 plays a critical role in the encapsulation of substrate protein into the internal cavity of GroEL. (2006)
  • 著者名/発表者名: Koike-Takeshita, A, Shimamura, T., Yokoyama, K., Yoshida, M., Taguchi, H. J.
  • 雑誌名: Biol. Chem. 281 ページ: 962-967
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Dynamics of yeast prion aggregates in single living cells. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kawai-Noma, S., Ayano, S., Pack, C-G., Kinjo, M., Yoshida, M., Yasuda, K, Taguchi, H.
  • 雑誌名: Genes to Cells 11 ページ: 1085-1096
• [雑誌論文] Dynamics of yeast prion aggregates in single living cells. (2006)
  • 著者名/発表者名: Kawai-Noma, S., Ayano, S., Pack, C-G., Kinjo, M., Yoshida, M., Yasuda, K., Taguchi, H
  • 雑誌名: Genes to Cells 11 ページ: 1085-1096
• [雑誌論文] Co-translational binding of GroEL to nascent polypeptides is followed by post-translational encapsulation by GroES to mediate protein folding (2006)
  • 著者名/発表者名: Ying, B.-W., Taguchi, H., Ueda, T.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 281 ページ: 21813-21819
• [学会発表] Direct observation of yeast prion dynamics in single living cells (2008)
  • 著者名/発表者名: Taguchi, H.
  • 学会等名: Cold Spring Harbor meeting on molecular chaperones and heat shock responses
  • 発表場所: Cold Spring Harbor, USA
  • 年月日: 2008-05-04
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Direct observation of yeast prion Sup35 dynamics in single-living cells (2008)
  • 著者名/発表者名: Taguchi, Hideki
  • 学会等名: Cold Spring Harbor meeting of Molecular Chaperones and Heat Shock Responses
  • 発表場所: Cold Spring Harbor, USA
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] シャペロニンGroELの反応モデルの改訂と2ストロークモデルの可能性 (2007)
  • 著者名/発表者名: 小池 あゆみ、吉田 賢右、田口 英樹
  • 学会等名: 日本分子生物学会日本生化学会合同年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2007-12-13
• [学会発表] Role of Chaperonin GroEL on the folding of newly translated polypeptides (2007)
  • 著者名/発表者名: 田口 英樹
  • 学会等名: 7th Kias-Soogsil conference on Protein Structure and Folding
  • 発表場所: ソウル
  • 年月日: 2007-10-05
• [学会発表] シャペロニンGroELの細胞内基質蛋白質の解析 (2007)
  • 著者名/発表者名: 田口 英樹
  • 学会等名: 日本細胞生物学会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 2007-06-29
• [学会発表] 細胞内での酵母プリオンの増殖および伝搬機構 (2007)
  • 著者名/発表者名: 田口 英樹
  • 学会等名: 日本蛋白質科学会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2007-05-26
• [学会発表] Direct observation of yeast prion dynamics : from a single-molecule to a single-cell approach. (2007)
  • 著者名/発表者名: Taguchi, H.
  • 学会等名: Cold Spring Harbor meeting on molecular chaperones and heat shock responses
  • 発表場所: Academia Sinica、台湾
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Direct observation of yeast prion dynamics: from a single-molecule to a single-cell approach. (2007)
  • 著者名/発表者名: Taguchi, Hideki
  • 学会等名: IBC symposium on Structural and biochemical properties of prions and amyloids
  • 発表場所: Academia Sinica 台湾
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [学会発表] Direct observation amyloid fibril growth using total internal reflection fluorescence microscopy. (2006)
  • 著者名/発表者名: Taguchi, H.
  • 学会等名: Cold Spring Harbor meeting on molecular chaperones and heat shock responses
  • 発表場所: Cold Spring Harbro, USA
  • 年月日: 2006-05-04
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [学会発表] Direct observation amyloid fibril growth using total internal reflection Fluorescence microscopy. (2006)
  • 著者名/発表者名: Taguchi, Hideki
  • 学会等名: Cold Spring Harbor meeting of Molecular Chaperones and Heat Shock Responses
  • 発表場所: Cold Spring Harbor, USA
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] タンパク質の一生 中マスター 細における成熟・輸送・品質管理 (2007)
  • 著者名/発表者名: (編集)遠藤斗志也, 和俊, 田口英樹
  • 総ページ数: 190
  • 出版者: 羊土社
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] タンパク質の一生 集中マスター 細胞における成熟・輸送・品質管理 (2007)
  • 著者名/発表者名: 田口 英樹 (編集)
  • 総ページ数: 146
  • 出版者: 羊土社
• [図書] ナノバイオ計測の実際 (2007)
  • 著者名/発表者名: 上野 太郎, 田口 英樹 (分担)
  • 出版者: 講談社サイエンティフィック
• [図書] タンパク質の一生 集中マスター (2007)
  • 著者名/発表者名: 遠藤斗志也, 森和俊, 田口英樹
  • 総ページ数: 146
  • 出版者: 羊土社