天然変性タンパク質の新規構造解析法の開発

2013 年度 研究成果報告書

• 研究領域: 天然変性タンパク質の分子認識機構と機能発現
• 研究課題/領域番号: 21113002
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 佐藤 衛 横浜市立大学, その他の研究科, 教授 (60170784)
• 研究分担者: 安藤 敏夫 金沢大学, 数物科学系, 教授 (50184320)
• 研究期間 (年度): 2009-07-23 – 2014-03-31
• キーワード: Ｘ線小角散乱 / 高速ＡＦＭ / 分子動力学シミュレーション / マルチドメインタンパク質 / 核内タンパク質

研究概要

本研究では、天然変性蛋白質（IDP）の動的構造解析を行うために、Ｘ線小角散乱法（SAXS）と分子動力学（MD）計算を組み合わせた新しい手法（MD-SAXS法）及び高速AFMの開発を行ってきた。MD-SAXS法では作成した動的構造モデルに補完的な実験データを加味したモデルから散乱強度を計算し、それが実験データと一致するように構造モデルを精密化する手法を開発し、古細菌由来の天然変性タンパク質Hefに適用した。また、高速AFMでは、新しい手法を導入してノイズの低減化を図り、様々なIDPの観察に適した基板や溶液条件を検討して、領域内の研究グループが対象とする様々なIDPの動態と機能の相関解析を行った。

研究成果

• [雑誌論文] Characterisation of an intrinsically disordered protein complex of Swi5-Sfr1 by ion mobility mass spectrometry and small-angle X-ray scattering (2013)
  • 著者名/発表者名: Inoue, M.Sato, H.Iwasaki, T.Shimizu, M.Ikeguchia and S.Akashi
  • 雑誌名: Analyst 巻: 138 ページ: 1441-1449
  • DOI: 10.1039/c2an35878f
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis of a nucleosome containing histone H2A.B/H2A.Bbd that transiently associates with reorganized chromatin (2013)
  • 著者名/発表者名: Y.Arimura, H.Kimura, T.Oda, K.Sato, A.Osakabe, H.Tachiwana, Y.Sato, Y.Kinugasa, T.Ikura, M.Sugiyama, M.Sato, and H.Kurumizaka
  • 雑誌名: Sci. Rep 巻: 3 ページ: 3510
  • DOI: 10.1038/srep03510
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phosphorylation-coupled Intramolecular Dynamics of Unstructured Regions in Chromatin Remodeler FACT (2013)
  • 著者名/発表者名: M.Hashimoto, N.Kodera, Y.Tsunaka, M.Oda, M.Tanimoto, T.Ando, K.Morikawa, and S.Tate
  • 雑誌名: Biophys. J. 巻: 104 ページ: 2222-2234
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2013.04.007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanistic insights into the activation of Rad51-mediated strand exchange from the structure of a recombination activator, the Swi5-Sfr1 complex (2013)
  • 著者名/発表者名: N.Kuwabara, Y.Murayama, H.Hashimoto, Y.Kokabu, M.Ikeguchi, M.Sato, K.Mayanagi, Y.Tsutsui, H.Iwasaki,and T.Shimizu
  • 雑誌名: Structure 巻: 20 ページ: 440-449
  • DOI: 10.1016/j.str.2012.01.005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Analysis of the Hexasome, Lacking One Histone H2A/H2B Dimer from the Conventional Nucleosome (2012)
  • 著者名/発表者名: Y.Arimura, H.Tachiwana, T.Oda, M.Sato, H.Kurumizaka
  • 雑誌名: Biochem 巻: 51 ページ: 3302-3309
  • DOI: 10.1021/bi300129b
  • 査読あり
• [雑誌論文] Recognition of modification status on a histone H3 tail by linked histone reader modules of the epigenetic regulator UHRF1 (2012)
  • 著者名/発表者名: K.Arita, S.Isogai, T.Oda, M.Unoki, K.Sugita, N.Sekiyama, K.Kuwata, R.Hamamoto, H.Tochio, M.Sato, M.Ariyoshi, and M.Shirakawa
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 109 ページ: 12950-12955
  • DOI: 10.1073/pnas.1203701109
  • 査読あり
• [雑誌論文] Guide to Video Recording of Structure Dynamics and Dynamic Processes of Proteins by High-speed Atomic Force Microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: T.Uchihashi, N.Kodera, and T.Ando
  • 雑誌名: Nat. Protocol 巻: 7 ページ: 1193-1206
  • DOI: 10.1038/nprot.2012.047
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structure of the human centromeric nucleosome containing CENP-A (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Tachiwana, W.Kagawa, T.Shiga, A.Osakabe, Y.Miya, K.Saito, Y.Hayashi-Takanaka, T.Oda, M.Sato, S.-Y.Park, H.Kimura, and H.Kurumizaka
  • 雑誌名: Nature 巻: 476 ページ: 232-235
  • DOI: 10.1038/nature10258
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fission Yeast Swi5-Sfr1 Protein Complex, an Activator of Rad51 Recombinase, Forms an Extremely Elongated Dogleg-shaped Structure (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Kokabu, Y.Murayama, N.Kuwabara, T.Oroguchi, H.Hashimoto, Y.Tsutsui, N.Nozaki, S.Akashi, S.Unzai, T.Shimizu, H.Iwasaki, M.Sato, and M.Ikeguchi
  • 雑誌名: J. Biol. Chem 巻: 286 ページ: 43569-43576
  • DOI: 10.1074/jbc.M111.303339
  • 査読あり
• [雑誌論文] Traffic Jams Reduce Hydrolytic Efficiency of Cellulase on Cellulose Surface (2011)
  • 著者名/発表者名: K.Igarashi, T.Uchihashi, A.Koivula, M.Wada, S.Kimura, T.Okamoto, M.Penttila, T.Ando, and M.Samejima
  • 雑誌名: Science 巻: 333 ページ: 1279-1282
  • DOI: 10.1126/science
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamics of Nucleosomes Assessed with Time-lapse High Speed Atomic Force Microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: A.Miyagi, T.Ando and Y.L.Lyubchenko
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 50 ページ: 7901-7908
  • DOI: 10.1021/bi200946z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural Changes in Bacteriorhodopsin in Response to Alternate Illumination Observed by High-speed Atomic Force Microscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Shibata, T.Uchihashi, H.Yamashita, H.Kandori, and T.Ando
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 50 ページ: 4410-4413
  • DOI: 10.1002/anie.201007544
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deimination stabilizes histone H2A/H2B dimers as revealed by electrospray ionization mass spectrometry (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Shimoyama, A.Nagadoi, H.Tachiwana, M.Yamada, M.Sato, H.Kurumizaka, Y.Nishimura and S.Akashi
  • 雑誌名: J. Mass. Spectrom 巻: 45 ページ: 900-908
  • DOI: 10.1002/jms
  • 査読あり
• [雑誌論文] Video Imaging of Walking Myosin V by High-speed Atomic Force Microscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: N.Kodera, D.Yamamoto, R.Ishikawa, and T.Ando
  • 雑誌名: Nature 巻: 468 ページ: 72-76
  • DOI: 10.1038/nature09450
  • 査読あり
• [雑誌論文] Deciphering the Structure, Growth and Assembly of Amyloid-like Fibrils Using High-speed Atomic Force Microscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: P.-E.Milhiet, D.Yamamoto, O.Berthoumieu, P.Dosset, Ch.Le Grimellec, J.-M.Verdier, S.Marchal, and T.Ando
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 5 ページ: e13240
  • DOI: 10.1371/journal.pone
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-speed Atomic Force Microscopy Techniques for Observing Dynamic Biomolecular Processes (2010)
  • 著者名/発表者名: D.Yamamoto, T.Uchihashi, N.Kodera, H.Yamashita, S.Nishikori, T.Ogura, M.Shibata, and T.Ando
  • 雑誌名: Methods Enzymol. 巻: 475 ページ: 541-564
  • DOI: 10.1016/S0076-6879(10)75020-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Visualization and Structural Analysis of the Bacterial Magnetic Organelle MagnetosomeUsing Atomic Force Microscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: D.Yamamoto, A.Taoka, T.Uchihashi, H.Sasaki, H.Watanabe, T.Ando, and Y.Fukumori
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 107 ページ: 9382-9387
  • DOI: 10.1073/pnas.1001870107
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intrinsic dynamics of restriction endonuclease EcoO109I studied by molecular dynamics simulations and X-ray scattering data analysis (2009)
  • 著者名/発表者名: T.Oroguchi, H.Hashimoto, T.Shimizu, M.Sato and M.Ikeguchi
  • 雑誌名: Biophys. J 巻: 96 ページ: 2808-2822
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2008.12.3914
  • 査読あり
• [雑誌論文] Two-way Traffic of Glycoside Hydrolase Family 18 ProcessiveChitinases on Crystalline Chitin
  • 著者名/発表者名: K.Igarashi, T.Uchihashi, T.Uchiyama, H.Sugimoto, M.Wada, K.Suzuki, S.Sakuda, T.Ando, T.Watanabe, and M.Samejima
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: (in press)
  • 査読あり
• [学会発表] Filming Biomolecular and Cellular Processes by High-speed AFM (2014)
  • 著者名/発表者名: Toshio Ando
  • 学会等名: Euro AFM Forum 2014
  • 発表場所: Gottingen, Germany
  • 年月日: 20140317-19
  • 招待講演
• [学会発表] Protein Dynamics Investigated by SAXS and MD Simulation (2013)
  • 著者名/発表者名: Mamoru Sato
  • 学会等名: International Conference on Structural Genomics - Structural Life Science - (ICSG2013-SLS)
  • 発表場所: Keio Plaza Hotel Sapporo in Sapporo
  • 年月日: 20130729-0801
  • 招待講演
• [学会発表] SAXS & MD Simulation to Investigate Protein Flexibility in Solution (2013)
  • 著者名/発表者名: Mamoru Sato
  • 学会等名: International Symposium on Diffraction Structural Biology (ISDSB2013)
  • 発表場所: Nagoya Trade & Industry Center
  • 年月日: 20130526-29
  • 招待講演
• [学会発表] Imaging Study on Intrinsically Disordered Proteins by High-speed Atomic Force Microscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: Noriyuki Kodera, Sujit Kumar Dora, and Toshio Ando
  • 学会等名: Kanazawa Bio-AFM Workshop
  • 発表場所: Kanazawa
  • 年月日: 20121105-08
  • 招待講演
• [学会発表] SAXS & MD Simulation to Investigate Protein Flexibility in Solution (2012)
  • 著者名/発表者名: Mamoru Sato, Mitsunori Ikeguchi, Tomotaka Oroguchi
  • 学会等名: The 2st Annual Meeting for Whole-Organism Science Society. Joint Meeting with The 11th Annual Meeting of Structural-Biological Whole Cell Project
  • 発表場所: SPring-8 Public Relation Center
  • 年月日: 20120928-29
  • 招待講演
• [学会発表] High-speed Atomic Force Microscopy : NanoscaleVisualization of Dynamic Biomolecular Processes (2012)
  • 著者名/発表者名: Toshio Ando
  • 学会等名: NanoDay@Penn
  • 発表場所: Univ. of Pennsylvania, Philaderphia, USA (Keynote Speech)
  • 年月日: 2012-10-24
  • 招待講演
• [学会発表] SAXS to Investigate Protein Flexibility and Intrinsic Disorder in Solution (2011)
  • 著者名/発表者名: Mamoru Sato
  • 学会等名: The 3th Asian Symposium on Advance Materials : Chemistry & Physics of Functional Materials (ASAM-3)
  • 発表場所: Kyushu University (Chikushi-campus)
  • 年月日: 20110919-22
  • 招待講演
• [学会発表] High-speed Atomic Force Microscopy and Nano-visualization of Dynamic Processes and Structural Changes of Proteins (2010)
  • 著者名/発表者名: Toshio Ando
  • 学会等名: 3rd International Symposium on Atomically Controlled Fabrication Technology
  • 発表場所: Osaka Univ. Nakanoshima Center
  • 年月日: 20101125-26
  • 招待講演
• [学会発表] Towards the dynamical structure analysis of intrinsically disordered proteins in solution by SAXS and MD simulation (2010)
  • 著者名/発表者名: Mamoru Sato
  • 学会等名: The 6th Future Light Source Workshop 2010 : Science and Technology
  • 発表場所: Pohang Accelerator Laboratory, Pohang, Korea
  • 年月日: 20101104-05
  • 招待講演
• [学会発表] Towards the structural characterization of intrinsically disordered proteins by the combined use of small-angle X-ray scattering and molecular dynamics simulation (2009)
  • 著者名/発表者名: Mamoru Sato
  • 学会等名: 7th Pusan Workshop on Proteome Biophysics & 1st Asia-Pacific IUP Symposium
  • 発表場所: Paradise Hotel, Hae Un Dae Beach, Pusan, Korea
  • 年月日: 20091205-06
  • 招待講演
• [学会発表] Towards the structural characterization of intrinsically disordered proteins by small-angle X-ray scattering and molecular dynamics simulation
  • 著者名/発表者名: Mamoru Sato
  • 学会等名: JST ERATO and CREST Joint Symposium "Future Trend in Soft material Research with Advanced Synchrotron Source―Interdisciplinary of Bio- & Synthetic- Materials and Industrial Transferring―"
  • 発表場所: SPring-8
  • 年月日: 00000901-03
  • 招待講演
• [図書] Methods in Molecular Biology, Vol.897 : Intrinsically Disordered Protein Analysis Vol.2 : Methods and Experimental Tools(Chapter 4 :Visualization of Mobility by Atomic Force Microscopy) (2012)
  • 著者名/発表者名: Toshio Ando and Noriyuki Kodera
  • 総ページ数: 454
  • 出版者: Springer
• [図書] タンパク質分析(第5章:機能解析法、5-2.高速AFM によるタンパク質1分子挙動解析) (2012)
  • 著者名/発表者名: 安藤敏夫
  • 総ページ数: 291
  • 出版者: 丸善出版
• [図書] 翻訳後修飾のプロテオミクス(第4章:翻訳後修飾タンパク質の網羅的解析、4-13. 脱イミノ化)(平野 久、大野茂男編集) (2011)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 衛、萩原央記、明石知子
  • 総ページ数: 233
  • 出版者: 講談社
• [備考]
  • URL: http://www-mls.tsurumi.yokohama-cu.ac.jp/lab/xtal-mls.html
• [備考]
  • URL: http://www.tsurumi.yokohama-cu.ac.jp/IDP/index.html
• [備考]
  • URL: http://www.s.kanazawa-u.ac.jp/phys/biophys/index.htm