球状ウイルスの高分解能X線結晶構造解析

1992 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 03403025
• 研究機関: 徳島大学
• 研究代表者: 月原 冨武 徳島大学, 工学部, 教授 (00032277)
• 研究分担者: 佐滝 真紀 徳島大学, 工学部, 教務員
• キーワード: ウイルス / X線解析 / 結晶構造 / 立体構造 / 分子置換法

研究概要

ウイルスは不完全ではあるが自己複製能を持ち生物の特徴も備えている。球状ウイルスを構造の面から見ると、核酸とそれを取り囲む60個以上のタンパク質で構成されている粒子である。電子顕微鏡による観察によって多くのウイルスでは外殻を構成するタンパク質サブユニットの配置がそのウイルス特有の幾何学的対称を持っていることが古くから知られている^1。細胞内で合成されたタンパク質サブユニットは幾何学的な対称に従って自律的に核酸を取り囲んで自律的にウイルス粒子を形成する。四次構造形成と呼ぶことにする。ウイルスの立体構造の研究は殻タンパク質の自律的四次構造形成と増殖に先立つ四次構造の崩壊機構を明らかにする上で不可欠である。ところでウイルスが自律的四次構造形成と同時にどのようにして自らの核酸を殻内に取り込むかはまだ明らかでない。これらのことを明らかにするために植物ウイルスの一種であるタバコネクロシスウイルス(TNV)のX線結晶構造解析を行っている。高分解能の解析はまだ完結していないが8Aの粗い初期位相から出発して5Å分解能までの位相決定に成功した。
構造解析は8Å分解能での初期位相をもとにして5Å分解能まで分子置換平均法による電子密度の精密化を行った。91サイクル繰り返して、R値0.16及び相関係数0.92良好な結果を得た。TNVとサザンビーンモザイクウイルス(SBMV)を比較するとサブユニットのアミノ酸残基数は275と260でTNVが15残基長い。粒子内部でRNAと相互作用しながら乱れた構造の部分はTNVが27残基も長く、ウイルス殻を構成する部分は12残基短いことが明らかになった。この乱れた構造をとっているポリペプチド部分とRNAとの特異的な相互作用や殻タンパク質のRNAに接触できる部分のRNAとの特異的な相互作用が高いタンパク・RNA相互認識能の要因であろう。

研究成果

• [文献書誌] 月原 冨武,森本 幸生,山下 英樹: "超分子複合体のX線結晶構造解析" 蛋白質核酸酵素. (1993)
• [文献書誌] 月原 冨武,福山 恵一: "分子置換法による球状ウイルスのX線結晶構造解析" 放射光. 6. 37-48 (1993)
• [文献書誌] K.Shinzawa-Itoh,H.Yamashita,S.Yoshikawa,Y.Fukumoto,T.Abe and T.Tsukihara: "Single Crystal of Bovine Heart Cytochrome c Oxidase at Fully Oxidized Resting Fully Reduced and CO-bound Fully Reduced States are Isomorphous with Each Other." J.Mol.Biol.228. 987-990 (1992)
• [文献書誌] S.Yoshikawa,K.Shinzawa-Itoh,H.Ueda,T.Tsukihara,T.Kubota,M.Kawamoto,K.Fukuyama and H.Matsubara: "Strategies for Crystallization of Large Membrane Protein Complexes." J.Crystal Growth. 122. 298-302 (1992)
• [文献書誌] 福山 恵一,月原 冨武: "ウイルスの立体構造" バイオサイエンスとインダストリー. 50. 27-30 (1992)