変性中間体を標的とした構造生物学の新展開

• 研究課題/領域番号: 25840025
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 構造生物化学
• 研究機関: 立命館大学
• 研究代表者: 北原 亮 立命館大学, 薬学部, 准教授 (70512284)
• 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: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2015年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2014年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2013年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
• キーワード: 圧力 / コンフォメーション / NMR / 熱力学 / 蛍光 / 変性中間体 / OspA / TDP43 / pressure / high-energy state / TDP-43 / RRM

研究成果の概要

タンパク質は最安定状態以外にも、高いエネルギーを持った状態（高エネルギー状態）が存在する。これまでの立体構造研究では、それらの立体構造や物性が不明であった。数千気圧の圧力により、高いエネルギーを持ったコンフォメーションを安定化させ、NMRによる立体構造解析を試みた。タンパク質ユビキチンの局所変性状態を、低温、酸性、高圧条件下で安定に捉え、NMR信号の帰属、原子間距離情報（NOEと常磁性緩和促進）や二面角情報を収集し、立体構造計算を行った。TDP-43のRNA結合ドメイン及びOspAについて、圧力、熱及び変性剤による変性実験を行い、各種熱力学量を得た。

研究成果

• [国際共同研究] オーフス大学(デンマーク)
• [雑誌論文] Detecting O2 binding sites in protein cavities. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ryo Kitahara, Yuichi Yoshimura, Mengjun Xue, Tomoshi Kameda, Frans A. A. Mulder
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 6 号: 1 ページ: 20534-20534
  • DOI: 10.1038/srep20534
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Zinc ion-binding activity of an anti-ZnO VHH antibody, 4F2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryosuke Sasaki, Soichiro Kitazawa, Ryo Kitahara, Hikaru Nakazawa, Yoshikazu Tanaka, Izumi Kumagai, Mitsuo Umetsu, and Koki Makabe
  • 雑誌名: Chem. Lett. 巻: 44 号: 10 ページ: 1309-1311
  • DOI: 10.1246/cl.150537
  • NAID: 130005101454
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cavity as a source of conformational fluctuation and high-energy state: High-pressure NMR study of a cavity-enlarged mutant of T4 lysozyme (2015)
  • 著者名/発表者名: Maeno A, Sindhikara D, Hirata F, Otten R, Dahlquist FW, Yokoyama S, Akasaka K, Mulder FA, Kitahara R.
  • 雑誌名: Biophys. J. 巻: 108 号: 1 ページ: 133-145
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2014.11.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Is pressure-induced signal loss in NMR spectra for Leu99Ala cavity mutant of T4 lysozyme due to unfolding? (2015)
  • 著者名/発表者名: Ryo Kitahara and Frans Mulder
  • 雑誌名: Proceeding of the National Academy of Sciences of the United States of America 巻: 112 号: 9
  • DOI: 10.1073/pnas.1423279112
  • 査読あり
• [雑誌論文] Close Identity between Alternatively Folded State N2 of Ubiquitin and the Conformation of the Protein Bound to the Ubiquitin-Activating Enzyme (2014)
  • 著者名/発表者名: Soichiro Kitazawa, Tomoshi Kameda, Ayumi Kumo, Maho Yagi-Utsumi, Nicola J. Baxter, Koichi Kato , Mike P. Williamson , and Ryo Kitahara
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 53 号: 3 ページ: 447-449
  • DOI: 10.1021/bi401617n
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solvent Environments Significantly Affect the Enzymatic Function of Escherichia coli Dihydrofolate Reductase: Comparison of Wild-type Protein and Active-site Mutant D27E (2013)
  • 著者名/発表者名: Eiji Ohmae; Yurina Miyashita; Shin-ichi Tate; Kunihiko Gekko; Soichiro Kitazawa; Ryo Kitahara; Kunihiro Kuwajima
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta 巻: 1834 ページ: 2782-2794
  • 査読あり
• [雑誌論文] 圧力摂動によりトラップされた蛋白質のミスフォールド状態 (2013)
  • 著者名/発表者名: 北原亮、北沢創一郎、漆谷真
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 53 ページ: 321-322
  • NAID: 10031203611
• [雑誌論文] Aberrant assembly of RNA-recognition motif 1 links to pathogenic conversion of TAR DNA-binding protein-43 (TDP-43) (2013)
  • 著者名/発表者名: Shodai A, Morimura T, Ido A, Uchida T, Ayaki T, Takahashi R, Kitazawa S, Suzuki S, Shirouzu M, Kigawa T, Muto Y, Yokoyama S, Takahashi R, Kitahara R, Ito H, Fujiwara N, Urushitani M
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: 288(21) 号: 21 ページ: 14886-14905
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.451849
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Pressure-induced chemical shifts as probes for conformational fluctuations in proteins (2013)
  • 著者名/発表者名: Kitahara R, Hata K, Li H, Williamson MP, Akasaka K.
  • 雑誌名: Prog Nucl Magn Reson Spectrosc. 巻: 71 ページ: 35-58
  • DOI: 10.1016/j.pnmrs.2012.12.001
  • 査読あり
• [学会発表] NMR snapshots of a fluctuating ubiquitin structure (2016)
  • 著者名/発表者名: Soichiro Kitazawa, Takuro Wakamoto, Teppei Ikeya, Tomoshi Kameda, Maho Yagi-Utsumi, Koichi Kato, Christian Roumestand, Nicola J. Baxter, Mike P. Williamson, Ryo Kitahara
  • 学会等名: The annual international EUROMAR conference 2016
  • 発表場所: オーフスコンサートホール（デンマーク）
  • 年月日: 2016-07-06
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 酸素ガス圧NMR法によるタンパク質の動的疎水性キャビティーの検出 (2016)
  • 著者名/発表者名: 北原亮
  • 学会等名: 第5回岐阜構造生物学・医学・論理的創薬研究会シンポジウム
  • 発表場所: 岐阜薬科大学（岐阜県、岐阜市）
  • 年月日: 2016-03-10
  • 招待講演
• [学会発表] 静水圧およびガス圧NMR法によるタンパク質の構造揺らぎ研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 北原亮
  • 学会等名: 日本生物物理学会 東北支部会２０１５
  • 発表場所: 東北大学（宮城県、仙台市）
  • 年月日: 2015-12-18
  • 招待講演
• [学会発表] 高圧力NMR法によるユビキチンの局所変性状態の立体構造解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 若本拓朗、北沢創一郎、矢木ー内海真穂、加藤晃一,Christian Roumestand、Nicola J. Baxter, Mike P. Williamson、北原亮
  • 学会等名: 第５４回NMR討論会
  • 発表場所: 千葉工業大学（千葉県、習志野市）
  • 年月日: 2015-11-06
• [学会発表] High-pressure NMR reveals tje structure of high-energy states of ubiquitin. (2015)
  • 著者名/発表者名: Soichiro Kitazawa, Takuro Wakamoto, Tomoshi Kameda, Maho Yagi-Utsumi, Koichi Kato, Nicola J. Baxter, Mike P. Williamson, Ryo Kitahara
  • 学会等名: 6th Asia-Pacific NMR Symposium
  • 発表場所: 香港（中国）
  • 年月日: 2015-08-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structure and dynamics of the locally unfolded state of ubiquitin studied by high-pressure NMR spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: Takuro Wakamoto, Soichiro Kitazawa, Maho Yagi-Utsumi, Koichi Kato, Chirstian Roumestand, Nicola J. Baxter, Mike P Williamson, Ryo Kitahara
  • 学会等名: 6th Asia-Pacific NMR Symposium
  • 発表場所: 香港（中国）
  • 年月日: 2015-08-12
  • 国際学会
• [学会発表] タンパク質の高エネルギー状態を標的とした構造生物学 (2014)
  • 著者名/発表者名: 北原亮、北沢創一郎
  • 学会等名: 第53回NMR討論会
  • 発表場所: 大阪大学、吹田市 大阪府
  • 年月日: 2014-11-06
• [学会発表] High-energy conformations of proteins as a new target of structure biology (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryo Kitahara and Soichiro Kitazawa
  • 学会等名: 8th International Conference on High Pressure Bioscience and Biotechnology
  • 発表場所: Nantes, France
  • 年月日: 2014-07-15
• [学会発表] Structure determination of the "pure" alternative state N2 of ubiquitin by high-pressure NMR spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Soichiro Kitazawa, Tomoshi Kameda, Ayumi Kumo, Maho Yagi-Utsumi, Nicola Baxter, Koichi Kato, Mike Williamson, Ryo Kitahara
  • 学会等名: 7th International Meeting on Biomolecules under Pressure
  • 発表場所: Montpellier, France
  • 年月日: 2014-07-09
• [学会発表] High-Energy conformations of Proteins as a New Target of Structural Biology (2014)
  • 著者名/発表者名: Ryo Kitahara
  • 学会等名: The 2nd International Symposium on Dynamic Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions
  • 発表場所: キャンパスプラザ京都（京都府）
• [学会発表] Ubiquitin-activating-enzyme recognition of ubiquitin occurs by conformational selection (2014)
  • 著者名/発表者名: Soichiro Kitazawa, Tomoshi Kameda, Ayumi Kumo, Maho Yagi-Utsumi, Nicola J. Baxter, Koichi Kato, Mike P. Williamson, Ryo Kitahara
  • 学会等名: The 2nd International Symposium on Dynamic Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions
  • 発表場所: キャンパスプラザ京都（京都府）
• [学会発表] 高圧力NMRによる蛋白質の準安定状態の構造解析
  • 著者名/発表者名: 北原亮
  • 学会等名: 第３回岐阜構造生物学・医学・論理的創薬研究会シンポジウム
  • 発表場所: 岐阜大学医学部（岐阜県）
  • 招待講演
• [学会発表] Misfolding trrigers a pathogenic conversion of protein conformations
  • 著者名/発表者名: Soichiro Kitazawa, Ryo Kitahara, and Makoto Urushitani
  • 学会等名: 第５１回日本生物物理学会
  • 発表場所: 京都国際会館（京都府）
• [学会発表] Solution structure of the "pure" high-energy state of ubiquitin: Q41N at 2.5 kbar
  • 著者名/発表者名: Ayumi Kumo, Soichiro Kitazawa, Tomoshi Kameda, Nicola J. Baxter, Michael P. Williamson, and Ryo Kitahara
  • 学会等名: 第５１回日本生物物理学会
  • 発表場所: 京都国際会館（京都府）
• [学会発表] Pressure and mutation enhances specific biological motion: Ubiquitin
  • 著者名/発表者名: Ryo Kitahara
  • 学会等名: 第５１回日本生物物理学会
  • 発表場所: 京都国際会館（京都府）
• [図書] Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Terazima, M. Kataoka, R. Ueoka, Y. Okamoto eds.
  • 総ページ数: 270
  • 出版者: Springer
• [図書] High Pressure Bioscience (2015)
  • 著者名/発表者名: Akasaka K. and Matsuki H. Eds
  • 総ページ数: 730
  • 出版者: Springer
• [図書] 「揺らぎ・ダイナミクスと生体機能」 寺嶋正秀編 (2013)
  • 著者名/発表者名: 赤坂一之、新井宗仁、飯野亮太、上岡龍一、小井川浩之、老木成稔、岡田誠治、岡村恵美子、岡本祐幸、片岡幹雄、加藤晃一、鎌形清人、川上勝、北尾彰朗、北原亮、桑島邦博、後藤祐児、櫻井一正、佐藤啓文、嶋田一夫ら
  • 総ページ数: 368
  • 出版者: 化学同人
• [備考] 立命館大学薬学部生体分子構造学研究室
  • URL: http://www.ritsumei.ac.jp/pharmacy/kitahara/kitahara_lab.html
• [備考] 立命館大学薬学部生体分子構造学研究室
  • URL: http://www.ritsumei.ac.jp/pharmacy/kitahara/kitahara_lab.html