加圧による蛋白質立体構造変化の解析

1998 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 09480177
• 研究機関: 神戸大学
• 研究代表者: 赤坂 一之 神戸大学, 大学院自然科学研究科, 教授 (50025368)
• 研究分担者: 田村 厚夫 神戸大学, 大学院櫟然科学研究科, 講師 (90273797) ; 山田 博昭 神戸大学, 理学部, 助教授 (90030767)
• キーワード: 高圧NMR / 蛋白質 / 二次元NMR / 化学シフト / 水素結合 / 主鎖コンフォメーション / 核オーバーハウザー効果 / BPTI

研究概要

1. 当研究室で開発した、1barから2000barまで任意の圧力で高分解能高圧NMR(一次元、二次元、多次元)測定可能なオンライン高圧NMR装置(プロトン周波数750MHz)を用い、加圧下での水溶液中の蛋白質のNMR信号の変化を、原則的に全1H,15N(一部13C)原子毎の分解能で調べた。実験は、ほとんどの場合軽水中(90%H20/10%D20)で1〜2000barの圧力範囲で多くの場合15N標識したBPTI(basic pancreatic trypsin inhibitor)Bacteriorodhopsinのhelix(1-36)、HPr(histidine-containing phospho-carrier protein)、RalGEF-RBD(Ral guaninie-nucleotide exchange factor-Ras binding domain)、melittin(蜂毒)などを対象に、軽水中1〜2000barの圧力範囲で、主としてプロトン二次元NMR測定と15N/1H二次元NMR測定を行った。
2. ほとんどすべてのプロトンとアミド窒素のNMR化学シフトが圧力に対して直線的に、可逆的に、しかも部位特異的に変化した。さらに加圧による核オーバーハウザー効果(NOE)等の変化も検出された。
3。 これらの解析の結果は、次のようにまとめられる。
(1) 加圧に伴い、主鎖アミドの関与するNH-O間水素結合距離の短縮が起こる。
(2) 加圧に伴い、主鎖コンフォーメーションが部位特異的に変化する。特にヘリックスとループ領域が柔らかい。
(3) 加圧に伴い、三次構造の部位特異的構造変化(主として圧縮)が起こり、同時に芳香族環のフリップ-フロップ運動が抑制される。
(4) 蛋白質によっては、1000気圧以上で、ループ領域から選択的に圧力変性が起こる。

研究成果

• [文献書誌] Yuji O.Kamatari: "The compact and expanded denatured conformations of apomyoglobin in the methanol-water solvent" Protein Science. 8. 1-10 (1999)
• [文献書誌] Yuji O.Kamatari: "The methanol-induced transition and the expanded helical conformation in hen lysozyme" Protein Science. 7. 681-688 (1998)
• [文献書誌] K.Inoue: "High pressure NMR study of a smoll protein gurmarin" J.Biomol.NMR. 10. 535-541 (1998)
• [文献書誌] H.Li: "Effect of pressure on inkividual hydrogen bonds in proteins. Basic pancreatic trypsin inhibitor" Biochemistry. 37. 1167-1173 (1998)
• [文献書誌] 赤坂 一之: "高磁場高圧NMRが開く新しい世界、蛋白質の立体構造変化と揺らぎを鋭敏に観測" 化学と生物. 36巻7号. 423-425 (1998)
• [文献書誌] K.Akasaka: "Pressure-induced changes in the folded structure of lysozyme" J.Mol.Biol.271. 671-678 (1997)
• [文献書誌] 赤坂一之: "高圧バイオテクノロジー 第2章" さんえい出版, 5 (1998)
• [文献書誌] K.Akasaka: "Biological NMR Spectroscopy,Chapter 12" Oxford University Press, 12 (1997)