タンパク質立体構造の安定性・ダイナミックス・折れたたみ機構

1997 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 07280103
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 油谷 克英 大阪大学, 蛋白質研究所, 助教授 (90089889)
• 研究分担者: 伊倉 貞吉 東京大学, 大学院・理学系研究科, 助手 (50251393) ; 北尾 彰朗 京都大学, 大学院・理学研究科, 助手 (30252422) ; 片岡 幹雄 大阪大学, 大学院・理学研究科, 助教授 (30150254) ; 櫛田 孝司 大阪大学, 大学院・理学研究科, 教授 (00013516) ; 山縣 ゆり子 大阪大学, 薬学部, 助手 (40183678)
• キーワード: タンパク質 / 立体構造 / 安定性 / 折れたたみ機構 / リゾチーム / 熱測定 / ダイナミックス / X線結晶解析

研究概要

本研究課題は「タンパク質立体構造の構築原理」解明の物理化学的側面の最も重要な部分、安定性・ダイナミックス・折れたたみ機構、の研究を行うことを目的としている。本計画は(1)ヒト・リゾチームを集中的に研究する課題と(2)タンパク質の個々の重要な問題を解決する課題に分かれている。(1)の課題では、系統的でかつ網羅的な変異型ヒト・リゾチームを作製し、それらの物理化学的性質、特に変性の熱力学的パラメータを精度高く求め(油谷、城所)、更にそれぞれの変異型をX線結晶構造解析で変異による構造変化を高分解能で求め(山縣)、各変異残基の安定化への寄与を明らかにすることを目標としている。これまでに蓄積されたデータを基に、変異タンパク質の安定性の変化と構造の変化の相関に検討し、個々の安定化因子の定量化に成功した。つまり、二次構造の傾向性、水分子の導入、水素結合の形成と消失、極性基(polar)なびに非極性基(non-polar)の変性に伴う表面露出面積の差(ΔΔASA)などを考慮して、実験値と最もフィットする安定化のパラメータを求めた。また、置換による安定性変化が、どの残基がどのような相互作用の変化によって生じたか(コンポーネント解析)を自由エネルギー摂動法を用いて解析するプログラムの開発を進めていたが、今年度やっと実用化の運びとなった(北尾)。(2)の課題では、油谷と城所は好熱菌の産出する蛋白質の安定化機構の研究を、櫛田は自身の開発した時間分割フォールバーニング分光法を用いて、広い温度領域と時間領域に亘ってタンパク質の構造変化のダイナミックスの直接観測に成功した。片岡は折れたたみに伴うダイナミックスの変化を調べるために、中性子準弾性・非弾性散乱による研究を行った。後藤は主にβラクトグロブリンを伊倉はプロリン異性化酵素を用いて蛋白質の折れたたみ機構を研究した。

研究成果

• [文献書誌] Takano,K., et al.,: "Contribution of Water Molecules in the Interior of a Protein to the Conforamtional Sability" J.Mol.Biol.274. 132-142 (1997)
• [文献書誌] Takano,K., et al.,: "Contribution of the Hydrophobic Effect to the Stability of Human Lysozyme : Calorimetric Studies and X-ray Structural Analyses of the Nine Val to Alae Mutants" Biochemistry. 36. 688-698 (1997)
• [文献書誌] Kataoka,M., et al.: "Structural characterization of molten globule of a-lactalbumin by solution X-ray scattering" Protein Sci.6. 422-430 (1997)
• [文献書誌] Hayward,S., et al.,: "Model-Free Methods of Analyzing Domain Motions in Proteins From Simulation : A Comparison of Normal Mode Analysis and Molecular Dynamics Simulation of Lysozyme" Proteins,. 27. 425-437 (1997)
• [文献書誌] Imamoto,Y., et al.,: "Evidence for proton transfer from Glu-46 to the chrompophore during the photocycle of photoactive yellow protein" J.Biol.Chem.272. 12905-12908 (1997)
• [文献書誌] Ikura,T., et al.,: "Kinetic Folding and cis/trans Prolyl Isomerization of Staphylococcal Nuclease. A Study by Stopped-Flow Absorption,Stopped-Flow CD and Molecular Dynamics Simulations" Biochemistry,. 36. 6529-6538 (1997)