遺伝子改変とX線溶液散乱法による蛋白質のfoldingの研究-Staphylococcal nucleaseについて-

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 02680217
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 片岡 幹雄 大阪大学, 理学部, 助教授 (30150254)
• キーワード: 蛋白質の折りたたみ / 遺伝子操作 / X線溶液散乱 / Staphyloccal nuclease / モルテン・グロビュール / 非天然構造

研究概要

Staphylococcal nuclease(SNase)のC末より13残基を欠損したフラグメントに対するアミノ酸置換の効果を調べたところ、unfold状態は3通りに分類できることが明らかになった。一つは、コンパクトな球状であり、天然状態とは異なった内部構造を持つ。全長のSNaseではClassIに分類されるアミノ酸置換を持つフラグメントがこれに相当する。2番目は広がった鎖状構造で、明瞭な内部構造は持たない。全長のSNaseではClassIIに分類されるアミノ酸置換を持つフラグメントや、全長のSNaseの尿素変性状態が相当する。しかし、尿素変性状態とClassIIフラグメントでは全く異なった構造を持つことも明らかにされた。3番目は両者の中間的な性質を持つもので野生型のフラグメントや、アラニン挿入変異体が相当する。こうした分類は他の蛋白質の非天然構造についても適用できることが明らかになった。例えば、チトクロムcのモルテン・グロビュール状態は1番目のコンパクトな球状構造を持ち、酸変性状態は2番目の広がった鎖状である。トリプトファン合成酵素のαサブユニットの6M尿素による変性状態は2番目に分類されるが、3M尿素の変性状態は3番目の球状と鎖状の中間的性質を示す。今後は各分類の中での詳細な構造の記述が必要である。
X線溶液散乱法が蛋白質のfolding研究に有効に用いられることが3年間にわたるSNaseの研究で示されたので、他の蛋白質にも応用した。チトクロムcでは、上述のようにモルテン・グロビュールが、明らかに異なった散乱パターンを与えることが示された。また、モルテン・グロビュールへの巻戻りは二状態的であることが明かとなった。この他、トリプトファン合成酵素、RNase T1等の変性状態及びfoldingをX線溶液散乱により測定した結果、コンパクトさや球状性という概念でfolding及び非天然状態の構造を特徴付けることが可能であることが示された。今後、様々な蛋白質の様々な状態の構造をX線溶液散乱により特徴付けることが、foldingの分子機構の理解にとって重要になってくると期待される。

研究成果

• [文献書誌] J.M.Flanagan M.Kataoka,D.Shortle D.M.Fngelman: "Truncated Staphylococcal nuclease is compact but disordered" Proceedings of National Academy of Science,U.S.A.89. 748-752 (1992)
• [文献書誌] M.Kataoka,T.W.Kahn Y.Tsujiuchi,D.M.Engelman,F.Tokunaga: "Bacteriorhodopsin reconstituted from two individual helices and the complementary five-helix fragment is photoactive" Photochemistry and Photobiology. 56. 895-901 (1992)
• [文献書誌] Y.Hagihara,M.Kataoka S.Aimoto,Y.Goto: "Charge repulsion in the conformational stability of melittin" Biochemistry. 31. 11908-11914 (1992)
• [文献書誌] 片岡 幹雄: "X線溶液散乱でみたunfold状態の構造" 生物物理. 33. 31-35 (1993)
• [文献書誌] M.Kataoka,Y.Hagihara,K.Mihara Y.Goto: "Molten globule of cytochrome c studied by the smallangle X-ray scattering" Journal of Molecular Biology. (1993)