100度以上の高温での蛋白質変性の熱力学

• 研究課題/領域番号: 22570166
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 生物物理学
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 油谷 克英 独立行政法人理化学研究所, タンパク質結晶構造解析研究グループ, 上級研究員 (90089889)
• 連携研究者: 松浦 祥悟 独立行政法人理化学研究所, タンパク質結晶構造解析研究グループ, リサーチアソシエイト (50513462)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2012年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2011年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2010年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 蛋白質変性の熱力学 / 蛋白質の安定性 / 蛋白質熱変性の可逆性 / 示差走査熱量計 / 超好熱菌由来蛋白質 / 疎水性相互作用 / イオン相互作用 / CutA1 / DSC / 熱変性の可逆性 / 蛋白質の立体構造 / 蛋白質の熱変性 / 蛋白質の構造 / CutAl

研究概要

変性温度が70‐80℃以上の高い温度での蛋白質熱安定化の機構は推定でしかなかった。その主な原因は、100℃近くに変性温度を持つ蛋白質の熱変性が不可逆で熱力学研究を妨げていたからである。本研究課題で、大腸菌由来CutA1のSH基を含まない変異型と、これを鋳型とした疎水性変異型S11V、E61V、S11V/E61Vなどが、高い熱変性温度(90-115℃)を維持して、熱変性の高い可逆性を示すことを見出し、それらの熱力学的パラメータを実験的に求めることに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Effect of heavy atoms on the thermal stability of α-amylase from Aspergillus oryzae (2013)
  • 著者名/発表者名: Michihiro Sugahara, et al., Katsuhide Yutani.
  • 雑誌名: PLOS One 巻: 8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and function of a TetR family transcriptional regulator, SbtR, from Thermus thermophilus HB8 (2013)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Agari, et al., Katsuhide Yutani
  • 雑誌名: Proteins 巻: (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of heavy atoms on the thermal stability of α-amylase from Aspergillus oryzae (2013)
  • 著者名/発表者名: Sugahara M
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 8 号: 2 ページ: e57432-e57432
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0057432
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and function of a TetR family transcriptional regulator, SbtR, from Thermus thermophilus HB8 (2013)
  • 著者名/発表者名: Agari Y, Sakamoto K, Yutani K, Kuramitsu S, Shinkai A.
  • 雑誌名: Proteins 巻: (in press) 号: 7 ページ: 1166-1178
  • DOI: 10.1002/prot.24266
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role of charged residues in stabilization of Pyrococcus horikoshii CutA1, which has a denaturation temperature of nearly 150℃ (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Matsuura, et al., Katsuhide Yutani
  • 雑誌名: FEBS Journal 巻: 279 ページ: 78-90
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Characterization of a Trapped Folding Intermediate of Pyrrolidone Carboxyl Peptidase from a Hyperthermophile (2012)
  • 著者名/発表者名: Mineyuki Mizuguchi, et al., Katsuhide Yutani
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 51 ページ: 6089-6096
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural characterization of a trapped folding intermediate of pyrrolidone carboxyl peptidase from a hyperthermophile (2012)
  • 著者名/発表者名: Mizuguchi, M., Takeuchi, M., Ohki, S., Nabeshima, Y., Kouno, T., Aizawa, T., Demura, M., Kawano, K., Yutani, K.
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 51 号: 31 ページ: 6089-6096
  • DOI: 10.1021/bi300608e
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Demetallation Method for IMP-1 Metallo-β-Lactamase with Restored Enzymatic Activity Upon Addition of Metal Ion(s) (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Yamaguchi, et al., Katsuhide Yutani
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 12 ページ: 1979-1983
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structure of indole-3-glycerol phosphate synthase from Thermus thermophilus HB8: implications for thermal stability (2011)
  • 著者名/発表者名: Bagautdin Bagautdinov and Katsuhide Yutani
  • 雑誌名: Acta Crystallographica Section D 巻: D67 ページ: 1054-1064
  • 査読あり
• [雑誌論文] A demetallation method for IMP-1 metallo-ss-lactamase with restored enzymatic activity upon addition of metal ion(s) (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi Y, Ding S, Murakami E, Imamura K, Fuchigami S, Hashiguchi R, Yutani K, Mori H, Suzuki S, Arakawa Y, Kurosaki H
  • 雑誌名: ChemBioChem 巻: 12 号: 13 ページ: 1979-1983
  • DOI: 10.1002/cbic.201100342
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structure of indole-3-glycerol phosphate synthase from Thermus thermophilus HB8 : implications for thermal stability (2011)
  • 著者名/発表者名: B.Bagautdinov, K.Yutani
  • 雑誌名: Acta Crystallographica Section D 巻: D67 号: 12 ページ: 1054-1064
  • DOI: 10.1107/s0907444911045264
  • 査読あり
• [雑誌論文] The catalytic efficiency (kcat/Km) of the class A β-lactamase Toho-1 correlates with the thermal stability of its catalytic intermediate analog (2010)
  • 著者名/発表者名: Yasushi Nitanai, et al., Katsuhide Yutani
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Acta 巻: 1804 ページ: 684-691
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large conformational changes in Escherichia coli tryptophan synthaseβ_2 Subunit upon binding of PLP (2010)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Nishio, et al., Katsuhide Yutani
  • 雑誌名: FEBS J. 巻: 227 ページ: 2157-2170
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structure of TTHA0061, an uncharacterized protein from Thermus thermophilus HB8, reveals a novel fold. (2010)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Tanaka, et al., Katsuhide Yutani
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 巻: 400 ページ: 258-264
  • 査読あり
• [雑誌論文] Construction of robust bio-nanotubes using the controlled self-assembly of component proteins of bacteriophage T4 (2010)
  • 著者名/発表者名: Norihiko Yokoi, et al., Katsuhide Yutani
  • 雑誌名: Small 巻: 6 ページ: 1873-1879
  • 査読あり
• [雑誌論文] Remarkable improvement in the heat stability of CutA1 from Escherichia coli by rational protein design (2010)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Matsuura, et al., Katsuhide Yutani
  • 雑誌名: J. Biochem. 巻: 148 ページ: 449-458
  • NAID: 10027878859
  • 査読あり
• [雑誌論文] The catalytic efficiency (k_<cat>/K_m) of the class A β-lactamase Toho-1 correlates with the thermal stability of its catalytic intermediate analog (2010)
  • 著者名/発表者名: Yasushi Nitanai
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Acta 巻: 1804 ページ: 684-691
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large conformational changes in Escherichia coli tryptophan synthase β_2 Subunit upon binding of PLP (2010)
  • 著者名/発表者名: Kazuya Nishio
  • 雑誌名: FEBS J 巻: 227 ページ: 2157-2170
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structure of TTHA0061, an uncharacterized protein from Thermus thermophilus HB8, reveals a novel fold. (2010)
  • 著者名/発表者名: Tanaka T
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Commun. 巻: 400 ページ: 258-264
  • 査読あり
• [雑誌論文] Remarkable improvement in the heat stability of CutA1 from Escherichia coli by rational protein design (2010)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Matsuura
  • 雑誌名: J.Biochem 巻: 148 ページ: 449-458
  • NAID: 10027878859
  • 査読あり
• [学会発表] Heat-stabilization strategy due to unusual amount of charged residues in CutA1 protein from hyperthermophile, which has a denaturation temperature of nearly 150℃ (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Matsuura, et al., Katsuhide Yutani
  • 学会等名: 9th International Conference on Protein Stabilization
  • 発表場所: Lisbon, Portugal
  • 年月日: 2012-05-03
• [学会発表] Heat-stabilization strategy due to unusual amount of charged residues in CutA1 protein from hyperthermophile, which has a denaturation temperature of nearly 150 oC (2012)
  • 著者名/発表者名: Yutani, K
  • 学会等名: 9th International Conference on Protein Stabiliｚation
  • 発表場所: Lisbon, Portugal
• [学会発表] 理論的に推定された静電相互作用の蛋白質熱安定化への寄与の検証;超好熱菌由来PACutA1の場合 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松浦祥悟, 他
  • 学会等名: 第11回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 吹田市、ホテル阪急エキスポパーク
  • 年月日: 2011-06-07
• [学会発表] Does hydrophobic interaction due to hydration contribute to protein stability even over 100℃. (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Matsuura, et al., Katsuhide Yutani
  • 学会等名: 7th Asian Biophysics Association Symposium
  • 発表場所: New Delhi, India
  • 年月日: 2011-02-01
• [学会発表] Does hydrophobic interaction due to hydration contribute to protein stability even over 100℃ (2011)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Matsuura
  • 学会等名: 7th Asian Biophysics Association Symposium
  • 発表場所: New Delhi
  • 年月日: 2011-02-01
• [学会発表] Calorimetry of heat-reversible CutA1 proteins with a denaturation temperature higher than 100℃ (2010)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Matsuura, et al., Katsuhide Yutani
  • 学会等名: 21st IUPAC International Conference on Chemical Thermodynamics
  • 発表場所: Tsukuba
  • 年月日: 2010-08-02
• [図書] 「熱量測定・熱分析ハンドブック第2版」 超好熱菌由来蛋白質の熱安定性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 油谷克英
  • 総ページ数: 357
  • 出版者: 丸善KK