広帯域共鳴X線溶液散乱法の開発によるタンパク質・生体膜の機能構造の解明

• 研究課題/領域番号: 25440063
• 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: 生物物理学
• 研究機関: 群馬大学
• 研究代表者: 平井 光博 群馬大学, 大学院理工学府, 教授 (00189820)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2014年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2013年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
• キーワード: X線散乱 / タンパク質 / 生体膜 / 共鳴散乱 / X線 / 脂質膜 / 折畳み / 共鳴X線散乱 / 吸収端 / 溶液 / 複合体 / 広角散乱

研究成果の概要

X線異常分散（共鳴X線散乱）を利用すると，溶液中でのタンパク質や生体膜，特に多くの生体反応過程において重要な役割を果たしている金属原子を内包した金属タンパク質の機能構造に関して新たな検討を行うことができると期待されている。一方，最近の第３世代放射光光源を用いたタンパク質や生体膜の広角X線散乱法の進展により，0.2 nmから250nmの範囲の全層構造領域，すなわちタンパク質の２次構造から４次構造，生体脂質のアルキル鎖のパッキングから凝集体の全体構造までの観測が可能となっている。本研究の主眼は，共鳴X線散乱法と広角X線散乱法を用いて，生体分子の内部構造を観測する新たな手法の開発とその応用である。

研究成果

• [雑誌論文] Effect of Protein-Encapsulation on Thermal Structural Stability of Liposome Composed of Glycosphingolipid/Cholesterol/Phospholipid (2015)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhiro Hirai, Shoki Sato, Ryota Kimura, Yoshihiko Hagiwara, Rika Kawai-Hirai, Noboru Ohta, Noriyuki Igarashi, and Nobutaka Shimizu
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. B 巻: 119 号: 8 ページ: 3398-3406
  • DOI: 10.1021/jp511534u
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Normalization of grazing-incidence small angle scattering of phospholipid alloy systems (2014)
  • 著者名/発表者名: H.Okuda, T.Yamamoto,K.Takshita, M.Hirai, K.Senoo, H.Ogawa and Y.Kitajima
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 53 号: 5S1 ページ: 1-5
  • DOI: 10.7567/jjap.53.05fh02
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conformational characterization of a protein complex involving intrinsically disordered protein by small-angle neutron scattering using the inverse contrast matching method: a case study of interaction between α-synuclein and PbaB tetramer as a model chaperone (2014)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Sugiyama
  • 雑誌名: Journal Applied Crystallography 巻: 47 号: 1 ページ: 430-435
  • DOI: 10.1107/s1600576713033475
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure of liposome encapsulating proteins characterized by X-ray scattering and shell-modeling (2013)
  • 著者名/発表者名: Hirai, M., Kimura, R., Takeuchi, K., Hagiwara, Y., Kawai-Hirai, R., Ohta, N., Igarashi, N. and Shimizu, N
  • 雑誌名: Journal of Synchrotron Radiation 巻: 20 号: 6 ページ: 869-874
  • DOI: 10.1107/s0909049513020827
  • 査読あり
• [雑誌論文] Change of dynamics of raft-model membrane induced by amyloid-beta protein binding (2013)
  • 著者名/発表者名: Hirai, M., Kimura, R., Takeuchi, K., Sugiyama, M., Kasahara, K., Ohta, N., Farago, B., Stadler, A., Zaccai, G.
  • 雑誌名: Eur.Phys.J.E.Soft Matter 巻: 36(7) 号: 7 ページ: 9887-9887
  • DOI: 10.1140/epje/i2013-13074-3
  • 査読あり
• [学会発表] 分子混雑環境におけるタンパク質構造の熱安定性と水和 (2016)
  • 著者名/発表者名: 平井光博，味戸聡，高橋孝輔，佐藤笙喜
  • 学会等名: PF研究会「徹底討論！小角散乱の魅力～基礎・応用・産業利用」
  • 発表場所: 高エネルギー加速器研究機構
  • 年月日: 2016-03-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Crowding環 境下におけるタンパク質の熱安定性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 味戸聡志，平井光博
  • 学会等名: 2015 年度 量子ビームサイエンスフェスタ
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2016-03-15
• [学会発表] DDSモデルとしてのタンパク質内包リポソームの研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 高橋孝輔，平井光博
  • 学会等名: 2015 年度 量子ビームサイエンスフェスタ
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2016-03-15
• [学会発表] 分子混雑環境下のタンパク質の構造，水和，熱安定性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平井光博
  • 学会等名: 日本中性子科学会第15 回年会
  • 発表場所: 和光市民文化センター
  • 年月日: 2015-12-10
  • 国際学会
• [学会発表] アミロイドタンパク質と相互作用における混合質膜の構造特性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平井光博
  • 学会等名: 低温研研究集会「生物の低温適応の分子機構」
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2015-11-21
  • 招待講演
• [学会発表] CROWDING EFFECT ON PROTEIN STRUCTURE STABILITY CLARIFIED BY X-RAY AND NEUTRON SCATTERING (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Hirai, S. Sato, M. Sugiyama, N. Ohta, N. Shimizu, N. Igarashi, A. Martel, and L. Porcar
  • 学会等名: 16TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON SMALLANGLE SCATTERING
  • 発表場所: ベルリン工科大学
  • 年月日: 2015-09-13
  • 国際学会
• [学会発表] Interaction of amyloid beta protein with raft-model liposome (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Sato, M. Hirai, N. Ohta, N. Shimizu, and N. Igarashi
  • 学会等名: 16TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON SMALLANGLE SCATTERING
  • 発表場所: ベルリン工科大学
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] Crowding環境におけるタンパク質の構造、水和、熱安定性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 平井光博
  • 学会等名: 第３回Neutrons in Biology研究会
  • 発表場所: 日本原子力研究開発機構・原子力科学研究所
  • 年月日: 2015-03-30 – 2015-03-31
  • 招待講演
• [学会発表] 生体膜とアミロイドbetaタンパク質との相互作用に於ける分子混雑の効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 佐藤笙喜，平井光博
  • 学会等名: 第3回物構研サイエンスフェスタ
  • 発表場所: つくば国際会議場
  • 年月日: 2015-03-17 – 2015-03-18
• [学会発表] 分子crowding環境下に於けるタンパク質の構造転移と水和 (2014)
  • 著者名/発表者名: 平井光博
  • 学会等名: 低温研研究集会「生物の低温適応の分子機構（２）」
  • 発表場所: 北海道大学
  • 年月日: 2014-12-26 – 2014-12-27
  • 招待講演
• [学会発表] Crowding 環境下でのタンパク質構造の熱安定性 (2014)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhiro Hirai, Shouki Sato, Masaaki Sugiyama, Noboru Ohota, Lionel Porcar, Anne Martel, Giuseppe Zaccai
  • 学会等名: 第５２回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] 時分割広角 X 線散乱によるラフトモデルリポソームとアミロイドベータタンパク質との相互作用に関する研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: Shoki Sato, Mitsuhiro Hirai, Noboru Ohta
  • 学会等名: 第５２回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
• [学会発表] Structures of liposome encapsulating proteins under the osmotic pressure (2013)
  • 著者名/発表者名: Ryota Kimura, Mitsuhiro Hirai
  • 学会等名: The 51st Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • 発表場所: Kyoto
• [学会発表] Change of Dynamics of Raft-Model Membrane Induced by Amyloid-β Protein Binding (2013)
  • 著者名/発表者名: Mitsuhiro Hirai, Ryota Kimura, Kazuki Takeuchi, Moboru Ohta, Bela Farago, Stadler Stadler, Giuseppe Zaccai
  • 学会等名: The 51st Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • 発表場所: Kyoto
• [学会発表] Crowding effect on thermal transition of proteins clarified by SR-WAXS (2013)
  • 著者名/発表者名: Kazuki Takeuchi, Mitsuhiro Hirai
  • 学会等名: The 51st Annual Meeting of the Biophysical Society of Japan
  • 発表場所: Kyoto
• [学会発表] Effect of crowded co-solutes on protein structure (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Takeuchi, M. Hirai, N. Ohta, N. Shimuzu, and N. Igarashi
  • 学会等名: 4th International Symposium on Diffraction Structural Biology
  • 発表場所: Nagoya
• [学会発表] Structure and thermal stability of liposome entrapping proteins (2013)
  • 著者名/発表者名: R. Kimura, M. Hirai, N. Ohta, N. Igarashi, and N. Shimuzu
  • 学会等名: 4th International Symposium on Diffraction Structural Biology
  • 発表場所: Nagoya