sHspを中心とする分子シャペロンシステムによる変性タンパク質処理機構の解明

• 研究課題/領域番号: 20059013
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 養王田 正文 東京農工大学, 大学院・共生科学技術研究院, 教授 (50250105)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2009
• 研究課題ステータス: 完了 (2009年度)
• 配分額: 6,600千円 (直接経費: 6,600千円); 2009年度: 3,300千円 (直接経費: 3,300千円); 2008年度: 3,300千円 (直接経費: 3,300千円)
• キーワード: シャペロン / sHsp / 分裂酵母 / フォールディング / 古細菌 / 構造変化 / Hsp90 / 磁性細菌 / シヤペロン / フォールデイング

研究概要

sHspは生物界に普遍的に存在する分子シャペロンで、変性タンパク質の不可逆的凝集を抑制する機能を持つ。通常の温度条件下では分子量12～43kDaのサブユニットが大きなオリゴマーを形成しており、熱によってその構造が可逆的に解離する。解離したsHspは変性タンパク質と結合し、基質を含んだ巨大な可溶性複合体を形成することで、変性タンパク質の凝集を防ぐと考えられている。昨年度に引き続いて好酸好熱性古細菌Sulfolobus tokodaii由来sHsp(StHsp14.0)による変性タンパク質凝集抑制機構の解析を行い、sHspが部分的に解離した状態で変性タンパク質を捕獲し保護するというモデルを構築した。また、分裂酵母由来sHsp(SpHsp16.0)のN末端領域に存在する5つのフェニルアラニンをアラニンに置換した変異体F6A、F7A、F9A、F17A、F20Aを作成し、それらの機能と構造を解析した。各変異体は25℃においては野生型と同様に16merのオリゴマーを形成していることが観察されたが、35℃においてF6A、F7Aの変異体は野生型と異なる溶出時間となり低分子側にピークが移動していた。45℃においては野生型と同様にすべての変異体は低分子側にピークが移動し解離が観察された。これは、SpHsp16.0のN末端領域の先端が、オリゴマー構造形成に関与しており、この部位に変異を入れたことから変異体が解離しやすくなったと示唆される。次に45℃においてモデル基質であるCSを用いた凝集抑制効果を解析した。F17A,F20Aは野生型と同等にタンパク質の凝集を抑制したが、F6A、F7A、F9Aは野生型に比べてタンパク質の凝集抑制能が低下した。この結果は、SpHsp16.0はN末端の特に先端でCSを捕捉し、凝集を抑制していることが示唆している。また、分裂酵母においてsHspと協調して機能すると考えられる種々のシャペロンの発現を行い、特に高効率での発現、精製に成功したHsp90について詳細な機能解析を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Adaptation of a hyperthermophilic group II chaperonin to relatively moderate temperatures (2010)
  • 著者名/発表者名: Kanzaki T, Ushioku S, Nakagawa A, Oka T, Takahashi K, Nakamura T, Kuwajima K, Yamagishi A, Yohda M.
  • 雑誌名: Protein Eng Des Sel. 23 ページ: 393-402
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and function of archaeal prefoldin, a co-chaperone of group II chaperonin (2010)
  • 著者名/発表者名: Ohtaki A, Noguchi K, Yohda M.
  • 雑誌名: Front Biosci. 15 ページ: 708-717
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structures of the lumazine protein from Photobacterium kishitanii in complexes with the authentic chromophore, 6,7-dimethyl-8-(1'-D-ribityl)lumazine, and its analogues, riboflavin and flavin mononucleotide, at high resolution (2010)
  • 著者名/発表者名: Sato Y, Shimizu S, Ohtaki A, Noguchi K, Miyatake H, Dohmae N, Sasaki S, Odaka M, Yohda M.
  • 雑誌名: J Bacteriol. 192 ページ: 127-133
  • 査読あり
• [雑誌論文] Hyperthermophilic archaeal prefoldin shows refolding activity at low temperature (2010)
  • 著者名/発表者名: Zako T, Banba S, Sahlan M, Sakono M, Terada N, Yohda M, Maeda M.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun. 391 ページ: 467-470
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystallization and heavy-atom derivatization of StHsp14.0, a small heat-shock protein from Sulfolobus tokodaii (2009)
  • 著者名/発表者名: Hayashi T, Abe T, Takeda K, Akiyama N, Yohda M, Miki K.
  • 雑誌名: Acta Crystallogr Sect F Struct Biol Cryst Commun. 65(Pt10) ページ: 1007-1010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis for catalytic activation of thiocyanate hydrolase involving metal-ligated cysteine modification (2009)
  • 著者名/発表者名: Arakawa T, Kawano Y, Katayama Y, Nakayama H, Dohmae N, Yohda M, Odaka M.
  • 雑誌名: J Am Chem Soc. 131 ページ: 14838-14843
  • 査読あり
• [雑誌論文] Construction and characterization of the hetero-oligomer of the group II chaperonin from the hyperthermophilic archaeon, Thermococcus sp.strain KS-1 (2009)
  • 著者名/発表者名: Sahlan M, Kanzaki T, Yohda M.
  • 雑誌名: Extremophiles. 13 ページ: 437-445
  • 査読あり
• [雑誌論文] Characterization of a sHsp of Schizosaccharomyces pombe, SpHsp15.8, and theimplication of its functional mechanism by comparison with another sHsp, SpHsp 16.0 (2009)
  • 著者名/発表者名: Sugino C, Hirose M, Tohda H, Yoshinari Y, Abe T, Giga-Hama Y, Iizuka R, Shimizu M, Kidokoro S, Ishii N, & Yohda M
  • 雑誌名: Protein 74 ページ: 6-17
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamics of group II chaperonin and prefoldin probed by 13C NMR spectroscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: Kurimoto E, Nishi Y, Yamaguchi Y, Zako T, Iizuka R, Ide N, Yohda M, & Kato K.
  • 雑誌名: Proteins 70 ページ: 1257-1263
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of the IXI/V motif in oligomer assembly and function of StHsp14.0, a small heat shock protein from the acidothermophilic archaeon, Sulfolobus tokodaii strain 7 (2008)
  • 著者名/発表者名: Saji H, Iizuka R, Yoshida T, Abe T, Kidokoro S, Ishii N, & Yohda M.
  • 雑誌名: Proteins 71 ページ: 771-782
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and molecular dynamics simulation of archaeal prefoldin : the molecular mechanism for binding and recognition of nonnative substrate proteins (2008)
  • 著者名/発表者名: Ohtaki A, Kida H, Miyala Y, Ide N, Yonezawa A, Arakawa T, Iizuka R, Noguchi K, Kita A, Odaka M, Miki K, & Yohda M
  • 雑誌名: J. Mol. Biol 376 ページ: 1130-1141
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional characterization of recombinant prefoldin complexes from a hyperthermophilic archaeon, Thermococcus sp. strain KS-1 (2008)
  • 著者名/発表者名: Iizuka R, Sugano Y, Ide N, Ohtaki A, Yoshida T, Fujiwara S, Imanaka T, & Yohda M.
  • 雑誌名: I Mol. Biol 377 ページ: 972-983
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sequential action of ATP-dependent subunit conformational change and interaction between helical protrusions in the closure of the built-in lid of group II chaperonins (2008)
  • 著者名/発表者名: Kanzaki T, Iizuka R, Takahashi K, Maki K, Masuda R, Sahlan M, Yebenes H, Valpuesta JM, Oka T, Furutani M, Ishii N, Kuwaiima K, & Yohda M.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem 283 ページ: 34773-34784
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural and molecular characterization of the prefoldin beta subunit from Thermococcus strain KS-1. J. MoL Biol., 383 : 465-474 (2008)
  • 著者名/発表者名: Kida H, Sugano Y, Iizuka R, Fujihashi M, Yohda M, & Miki K.
  • 雑誌名: J. Mol. Biol 383 ページ: 465-474
  • 査読あり
• [雑誌論文] Catalytic mechanism of nitrile hydratase proposed by time-resolved X-ray crystallogranhy using a novel substrate, tert-butylisonitrile (2008)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto K, Suzuki H, Taniguchi K, Noguchi T, Yohda M, & Odaka M.
  • 雑誌名: Catalytic mechanism of nitrile hydratase proposed by time-resolved X-ray crystallogranhy using a novel substrate, tert-butylisonitrile 283 ページ: 36617-36623
  • 査読あり
• [学会発表] 分裂酵母 Schizosaccharomyces pombe 由来SpHsp16.0N末端変異体の解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: Taichi Tomonari、Tetsuya Abe、Yuiko Tendo、Yumi Nishimoto、Masafumi Yohda
  • 学会等名: 第32回分子生物学会年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2009-12-09
• [学会発表] スモールヒートショックプロテインStHsp14.0の変性タンパク質鎖保護機構 (2009)
  • 著者名/発表者名: 岡俊彦, 阿部哲也, 中込篤, 養王田正文
  • 学会等名: 第47回生物物理学会年会
  • 発表場所: 徳島
  • 年月日: 2009-10-30
• [学会発表] StHsp14.0の活性化機構の解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 阿部哲也、岡俊彦、中込篤、養王田正文
  • 学会等名: 第10回極限環境微生物学会年会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-10-28
• [学会発表] Requirement of interaction between dimers through C-terminal IXI motif for the efficient chaperone function of small heat chock proteins (2009)
  • 著者名/発表者名: 養王田正文, 阿部哲也, 中込篤, 岡俊彦
  • 学会等名: The 4th Annual Meeting of the Biomedical Society for Stress Response
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2009-10-06
• [学会発表] Requirement of interaction between dimers through C-terminal IXI motif for the efficient chaperone function of small heat chock proteins (2009)
  • 著者名/発表者名: 阿部哲也, 岡俊彦, 中込篤, 養王田正文
  • 学会等名: 21th IUBMB & 12th FAOBMB International Congress of Biochemistry and Molecular Biology
  • 発表場所: 上海、中国
  • 年月日: 2009-08-04
• [学会発表] StHsp14.0の効率的な凝集抑制にはC端末のIXWモチーフを介したダイマー間相互作用が重要である (2009)
  • 著者名/発表者名: 阿部哲也、岡俊彦、中込篤、養王田正文
  • 学会等名: 第9回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 熊本
  • 年月日: 2009-05-20
• [学会発表] Sequential action of ATP dependent subunit conformational change and interaction between helical protrusions in the closure of the built-in lid of group II chaperonins (2008)
  • 著者名/発表者名: Yohda M, Kanzaki T, Masuda R, Sahlan M
  • 学会等名: 第81回日本生化会大会、第31会分子生物学会年会
  • 発表場所: 神戸国際会議場、神戸
  • 年月日: 2008-12-12
• [学会発表] Structure, Function and Application of Hyperthermophilic Molecular Chaperones (2008)
  • 著者名/発表者名: Yohda M, Sugano Y, Miyoshi E, Hanada M, Yonezawa A, Ohtaki A, Horiuchi H, Oda M, Tani T, Fuiii I
  • 学会等名: The 3rd International Workshop on Approaches t Single-Cell Analysis
  • 発表場所: Zurich, Switzerland
  • 年月日: 2008-09-12
• [学会発表] ATP-DEPENDENT CONFORMATIONAL CHANGE MECHANISM OF GROUP II CHAPERONINS ELUCIDATED USINGCHAPERONIN COMPLEXES CONTAINING MUTANT SUBUNITS IN THE ORDERDED FASHION (2008)
  • 著者名/発表者名: Yohda M, Kanzaki T, Iizuka R, Takahashi K, Masuda R, Sahlan M, Maki K. Kowaiima K
  • 学会等名: 22th Protein Society Symposium
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 年月日: 2008-07-22
• [学会発表] SUBSTRATE RECOGNITION MECHANISM OF PYROCOCCUS PREFOLDIN REVEALED BY X-RAY CRYSTAL STRUCTUIRE ANALYSIS AND MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION (2008)
  • 著者名/発表者名: Yohda M, Ohtaki A, Miyata Y, Kida H, Yonezawa A, Noguchi K, Miki K
  • 学会等名: MOLECULAR CHAPERONES & STRESS RESPONSES
  • 発表場所: Cold Sorina Harbor, USA
  • 年月日: 2008-05-03
• [学会発表] ATP-DEPENDENT CONMORMATIONAL CHANGE MECHANISM OF GROUP II CHAPERONINS ELUCIDATED USING CHAPERONIN COMPLEXES (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Kanzaki, R. Iizuka, K. Takahashi, H. Yebenes, R. Masuda, K. Maki, N. Ishii, M. Sahlan, J. M. Valpuesta, K. Kuwajima, M. Yohda
  • 学会等名: MOLECULAR CHAPERONES & STRESS RESPONSES
  • 発表場所: Cold Spring Harbor, USA
  • 年月日: 2008-05-02