高分子量蛋白質のNMR構造解析を目指したスパース選択標識とNMR自動解析法の開発

• 研究課題/領域番号: 17K07312
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 構造生物化学
• 研究機関: 首都大学東京
• 研究代表者: PETER GUENTERT 首都大学東京, 理学研究科, 客員教授 (20392110)
• 研究分担者: 池谷 鉄兵 首都大学東京, 理学研究科, 助教 (30457840)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2017年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: protein NMR / in-cell NMR / resonance assignment / automated assignment / methyl groups / isotope labeling / protein / NMR / 選択的安定同位体標識 / CYANA / 蛋白質構造解析

研究成果の概要

従来の溶液NMR法では，高分子量蛋白質や細胞中の蛋白質などの構造解析は，困難とされてきた．こうした分子は，信号の幅広化と重なりにより，原子核共鳴信号帰属が複雑・不確定になるためである．そこで，スペクトルの単純化が可能なメチル基選択などのスパース選択標識法が考案されているが，これは情報のスパース性が高く，帰属は難しいままであった．本課題では，Methyl FLYA法の開発に取り組んだ．これは，既知の構造の情報を利用することで，NOESYスペクトルのみから，メチル基選択標識蛋白質の自動帰属を可能にする．本手法を用いて，468kDaの高分子量蛋白質や，生きた細胞内の蛋白質の自動解析に成功した．

研究成果の学術的意義や社会的意義

The methods developed in this research project makes new classes of proteins more easily accessible to detailed NMR studies. Previously, NMR resonance assignments for these proteins could only be determined by time-consuming experimental methods such as extensive mutagenesis.

研究成果

• [国際共同研究] Goethe University Frankfurt am Main(Germany)
• [国際共同研究] ETH Zurich(Switzerland)
• [雑誌論文] Automated assignment of methyl NMR spectra from large proteins (2020)
  • 著者名/発表者名: Pritisanac, I., Alderson, T. R., Guentert, P.
  • 雑誌名: Progress in NMR Spectroscopy 巻: 118-119 ページ: 54-73
  • DOI: 10.1016/j.pnmrs.2020.04.001
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Automated backbone NMR resonance assignment of large proteins using redundant linking from a single simultaneous acquisition (2020)
  • 著者名/発表者名: Stanek, J., Schubeis, T., Paluch, P., Guentert, P., Andreas, L. B., Pintacuda, G.
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 142 号: 12 ページ: 5793-5799
  • DOI: 10.1021/jacs.0c00251
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Backbone and methyl assignment of bacteriorhodopsin incorporated into nanodiscs (2020)
  • 著者名/発表者名: Kooijman, L., Ansorge, P., Schuster, M., Baumann, C., Loehr, F., Jurt, S., Guentert, P., Zerbe, O.
  • 雑誌名: Journal of Biomolecular NMR 巻: 74 号: 1 ページ: 45-60
  • DOI: 10.1007/s10858-019-00289-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Automatic structure-based NMR methyl resonance assignment in large proteins (2019)
  • 著者名/発表者名: Pritisanac, I., Wuerz, J. M., Alderson, T. R., Guentert, P.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 4922-4922
  • DOI: 10.1038/s41467-019-12837-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Integrated NMR and cryo-EM atomic-resolution structure determination of a half-megadalton enzyme complex (2019)
  • 著者名/発表者名: Gauto, D. F., Estrozi, L. F., Schwieters, C. D., Effantin, G., Macek, P., Sounier, R., Sivertsen, A. C., Schmidt, E., Kerfah, R., Mas, G., Colletier, J.-P., Guentert, P., Favier, A., Schoehn, G., Schanda, P., Boisbouvier, J.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 10 号: 1 ページ: 2697-2697
  • DOI: 10.1038/s41467-019-10490-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Protein Structure Determination in Living Cells. (2019)
  • 著者名/発表者名: Teppei Ikeya, Peter Guentert, Yutaka Ito
  • 雑誌名: international journal of molecular sciences 巻: 20 号: 10 ページ: 2442-2442
  • DOI: 10.3390/ijms20102442
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High resolution protein 3D structure determination in living eukaryotic cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, T., Ikeya, T., Kamoshida, H., Suemoto, Y., Mishima, M., Shirakawa, M., Guentert, P., Ito, Y.
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: in press 号: 22 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1002/anie.201900840
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Global response of diacylglycerol kinase towards substrate binding observed by 2D and 3D MAS NMR (2019)
  • 著者名/発表者名: Moebius, K., Kazemi, S., Guentert, P., Jakob, A., Heckel, A., Becker-Baldus, J., Glaubitz, C.
  • 雑誌名: Scientific Reporrts 巻: 9 号: 1 ページ: 3995-3995
  • DOI: 10.1038/s41598-019-40264-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Noise peak filtering in multi-dimensional NMR spectra using convolutional neural networks (2018)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, N., Hattori, Y., Nagata, T., Shinya, S., Guentert, P., Kojima, C., Fujiwara, T.
  • 雑誌名: Bioinformatics 巻: 34 号: 24 ページ: 4300-4301
  • DOI: 10.1093/bioinformatics/bty581
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Fully automated assignment of methyl resonances of a 36 kDa protein dimer from sparse NOESY data (2018)
  • 著者名/発表者名: Pritisanac, I., Wuerz, J. M., Guentert, P.
  • 雑誌名: Journal of Physics: Conference Series 巻: 1036 ページ: 012008-012008
  • DOI: 10.1088/1742-6596/1036/1/012008
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Extending the applicability of exact nuclear Overhauser enhancements to large proteins and RNA (2018)
  • 著者名/発表者名: Nichols, P. J., Born, A., Henen, M. A., Strotz, D., Celestine, C., Riek, R., Guentert, P., Voegeli, B.
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 19 号: 16 ページ: 1695-1701
  • DOI: 10.1002/cbic.201800237
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Fully automated assignment of methyl resonances of large proteins from sparse NOESY data (2018)
  • 著者名/発表者名: Pritisanac, I., Wuerz, J. M. & Guentert, P.
  • 雑誌名: Journal of Physics Conference Series 巻: printing in progress
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] NMR-based automated protein structure determination (2017)
  • 著者名/発表者名: Wuerz, J. M., Kazemi, S., Schmidt, E., Bagaria, A. & Guentert, P.
  • 雑誌名: Arch. Biochem. Biophys. 巻: 628 ページ: 24-32
  • DOI: 10.1016/j.abb.2017.02.011
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Solution structure of discoidal high-density lipoprotein particles with a shortened apolipoprotein A-I (2017)
  • 著者名/発表者名: Bibow, S., Polyhach, Y., Eichmann, C., Chi, C. N., Kowal, J., Albiez, S., McLeod, R. A., Stahlberg, H., Jeschke, G., Guentert, P. & Riek, R.
  • 雑誌名: Nat. Struct. Mol. Biol. 巻: 24 号: 2 ページ: 187-193
  • DOI: 10.1038/nsmb.3345
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Solution structure of the first RNA recognition motif domain of human spliceosomal protein SF3b49 and its mode of interaction with a SF3b145 fragment (2017)
  • 著者名/発表者名: Kuwasako, K.
  • 雑誌名: Protein Science 巻: 26 号: 2 ページ: 280-290
  • DOI: 10.1002/pro.3080
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Peak picking multidimensional NMR spectra with the contour geometry based algorithm CYPICK (2017)
  • 著者名/発表者名: Wuerz, J. & Guentert, P.
  • 雑誌名: J. Biomol. NMR 巻: 67 号: 1 ページ: 63-76
  • DOI: 10.1007/s10858-016-0084-3
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Structure calculation and automated assignment with CYANA (2020)
  • 著者名/発表者名: Peter GUENTERT
  • 学会等名: 4th G-NMR School, Goettingen, Germany
  • 招待講演
• [学会発表] Automatic methyl assignment in large proteins (2019)
  • 著者名/発表者名: Peter GUENTERT
  • 学会等名: The 12th Australian and New Zealand Society for Magnetic Resonance (ANZMAG) Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] NMR structure calculation (2019)
  • 著者名/発表者名: Peter GUENTERT
  • 学会等名: EMBO Practical Course on Structure Determination of Biological Macromolecules by Solution NMR, Munich, Germany
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structure-based methyl resonance assignment and multi-state eNOE analysis with CYANA (2018)
  • 著者名/発表者名: Peter GUENTERT
  • 学会等名: 28th International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems (ICMRBS 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Fully automated assignment of methyl resonances of a 36 kDa protein dimer from sparse NOESY data (2017)
  • 著者名/発表者名: Iva Pritisanac, Julia Wuerz & Peter Guentert
  • 学会等名: International Meeting on “High-Dimensional Data-Driven Science” (HD3-2017), Kyoto, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] Automated biomolecular NMR spectrum analysis for protein structure and dynamics (2017)
  • 著者名/発表者名: Peter Guentert
  • 学会等名: Euromar 2017, Warsaw, Poland
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Automated NMR spectrum analysis for protein structure and dynamics (2017)
  • 著者名/発表者名: Peter Guentert
  • 学会等名: Gordon Research Seminar “Frontiers of NMR in Life Sciences”, Newry ME, USA
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] NMR structure calculation (2017)
  • 著者名/発表者名: Peter Guentert
  • 学会等名: EMBO Practical Course on Structure Determination of Biological Macromolecules by Solution NMR, Basel, Switzerland
  • 国際学会 / 招待講演
• [図書] Modern Magnetic Resonance 2nd Ed. (Ed. G. A. Webb) (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazemi, S., Wuerz, J. M., Schmidt, E., Bagaria, A. & Guentert, P.
  • 総ページ数: 18
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 9783319282756
• [備考] CYANA Home Page
  • URL: http://www.cyana.org/