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2001 年度 研究成果報告書概要

立体構造に基づくカルパインの活性化機構の解析

研究課題

研究課題/領域番号 12308032
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 構造生物化学
研究機関(財)東京都老人総合研究所

研究代表者

鈴木 紘一  (財)東京都老人総合研究所, 所長 (80011948)

研究分担者 反町 洋之  東京大学, 農学生命科学研究科・応用生命化学専攻, 助教授 (10211327)
猪股 光司  (財)東京都老人総合研究所, 分子生物学研究系・蛋白質生化学部門, 研究員 (30142649)
岩下 淑子  (財)東京都老人総合研究所, 分子生物学研究系・蛋白質生化学部門, 室長 (50111498)
前田 達哉  東京大学, 分子細胞生物学研究所, 助教授 (90280627)
研究期間 (年度) 2000 – 2001
キーワードカルパイン / プロテアーゼ / X線構造解析 / 蛋白質の高次構造 / 活性化機構 / カルシウム / タンパク質の高次構造
研究概要

カルパインは大小二つのサブユニット(80Kと30K)からなるダイマー酵素であるが、80Kだけでも酵素活性を持つ。X線解析で高次構造を明らかにした結果、80Kを構成する4個のドメイン(I〜IV)のうち、プロテアーゼドメイン(II)は二つのサブドメイン(IIaとIIb)からなり、各々単独では他のシステインプロテアーゼの場合とほとんど同じであるが、両者は左右に離れ、システインプロテアーゼの場合と違って、両者間の溝に存在する活性中心が正しく形成されていない。カルシウムによる構造変化でIIaとIIbが相対的に移動して活性中心を形成することがカルパインの活性化機構である。この活性化機構を分子レベルで明らかにする研究を行った。明らかにした活性化機構を要約すると、IIaはドメインIと30Kのカルモジュリンドメイン(VI)との、IIbはドメインIIIとの相互作用で引かれているが、カルシウムがVIとIIIに結合するとIIaとIIbの位置が変わり、IIの構造は大きく変化する。さらにIIにカルシウムが結合して構造の微調整が起こると活性中心ができて活性を発現することが明らかになった。機能不明であったIIIはカルシウムとリン脂質・生体膜結合ドメインとして働き、Iはプロドメインであるがこれが自己消化で除かれることは活性化とは直接関係しないことを証明した。カルパインの活性化では、IIIが全く新しいカルシウム結合ドメイン部位として働くだけでなく、細胞内局在を決める重要な機能を持つ。また、IIにも未知のカルシウム結合部位の存在が予測された。最終的な活性化機構の解明に必要なカルシウム存在下でのカルパインの構造の解明を目指して引き続き研究を続けている。

  • 研究成果

    (32件)

すべて その他

すべて 文献書誌 (32件)

  • [文献書誌] Masumoto, H.: "Crystallization and preliminary X-ray analysis of recombinant full-length human m-calpain"Acta Crystallogr.. D56. 73-75 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] Strobl, S.: "The crystal structure of calcium-free human m-calpain suggests an electrostatic switch mechanism for activation by calcium"Proc Natl. Acad. Sci., USA. 97. 588-592 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] Sorimachi, H.: "Limb-girdle muscular dystrophy with calpain 3 (p94) gene mutations (calpainopathy)"NeuroScience News. 3. 20-27 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] Kitagaki, H.: "Autolysis of calpain large subunit inducing irreversible dissociation of stoichiometric heterodimer of calpain"Biosci. Biotech. Biochem.. 64. 689-695 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] Tagawa, K.: "Myopathy phenotype of transgenic mice expressing active site-mutated inactive p94 Skeletal muscle-specific calpain, the gene product responsible for limb girdle muscular dystrophy type 2A"Human Molecular Genetics. 9. 1392-1402 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] Richard, I.: "Loss of calpain 3 proteolytic activity leads to muscular dystrophy and to apoptosis-associated I kappa B alpha/nuclear factor kappa B pathway perturbation in mice"J. Cell Biol.. 151. 1583-1590 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] Sorimachi, H.: "Skeletal muscle-specific calpain, p94, and connectin/titin : their physiological functions and relationship to limb-girdle muscular dystrophy type 2A"Adv. Exp. Med. Biol.. 481. 383-395 (2000)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] Tompa, P.: "Domain III of calpain is a Ca^<++>-regulated lipid-binding domain"Biochem. Biophys. Res. Commun.. 280. 1333-1339 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] Futai, E.: "Molecular cloning of PalBH, a mammalian homologue of the Aspergillus atypical calpain PalB"Biochim. Biophys. Acta. 1517. 316-319 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] Sorimachi, H.: "The structure of calpain"J. Biochem.. 129. 653-664 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] Reverter, D.: "Structural basis for possible calcium-induced activation mechanism of calpain"Biol. Chem.. 382. 753-766 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] Hata, S.: "Domain II of m-calpain is a Ca^<2+>-dependent cysteine protease"FEBS Letters. 501. 111-114 (2001)

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] Reverter, D.: "The structure of calcium-free m-calpain : implications for calcium activation and function"Thends Cardiovasc. Med.. 11. 222-229 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] Hata, S.: "Both the conserved and the unique gene structure of stomach-specific calpains reveal processes of calpain gene evolution"J. Mol. Evol.. 53. 191-203 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] Nakagawa, K.: "Dissociation of m-calpain subunits occurs after autolysis of the N-terminus of the catalytic subunit, and is not required for activation"J. Biohem.. 130. 605-611 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] 反町洋之: "肢帯型筋ジストロフィー"神経進歩. 44(2). 189-203 (2000)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] 秦 勝志: "カルパインスーパーファミリーの構造と機能"生化学. 73. 1129-1140 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] 反町洋之: "筋ジストロフィーとカルパイン"蛋白質核酸酵素. 46. 1772-1780 (2001)

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      「研究成果報告書概要(和文)」より
  • [文献書誌] Masumoto, H.: "Crystallization and preliminary X-ray analysis of recombinant full-length human m-calpain"Acta Crystallogr.. D56. 73-75 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] Strobl, S.: "The crystal structure of calcium-free human m-calpain suggests an electrostatic switch mechanism for activation by calcium"Proc. Natl. Acad. Sci., USA. 97. 588-592 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] Sorimachi, H: "Limb-girdle muscular dystrophy with Calpain 3 (p94) gene mutations (calpainopathy)"Neuro Science News. 3. 20-27 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] Kitagaki, H.: "Autolysis of calpain large subunit inducing irreversible dissociation of stoichiometric heterodimer of calpain"Biosci. Biotech. Biochem.. 64. 689-695 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] Tagawa, K.: "Myopathy phenotype of transgenic mice expressing activ site-mutated inactive p94 skeletal muscle-specific calpain, the gene product responsible for limb girdle muscular dystrophy type 2A"Human Molecular Genetics. 9. 1392-1402 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] Richard, I: "Loss of calpain 3 proteolytic activity leads to muscular dystrophy and to apoptosis-associated I kappa B alpha/nuclear factor kappa B pathway perturbation in mice"J. Cell Biol. 151. 1583-1590 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] Sorimachi, H: "Skeletal muscle-specific calpain, p94, and connectin/titin : their physiological functions and relationship to limb-girdle muscular dystrophy type 2A"Adv. Exp. Med. Biol. 481. 383-395 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] Tompa, P.: "Domain III of calpain is a Ca<++>-regulated Hpid-binding domain"Biochem. Biophys. Commun.. 280. 1333-1339 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] Futai, E.: "Molecular cloning of PalBH, a mammalian homologue of the Aspergillus atypical calpain PalB"Biochim. Biophys. Acta. 1517. 316-319 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] Sorimachi, H.: "The structure of calpain"J. Biochem. 129. 653-664 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] Reverter, D.: "Structural basis for possible calcium-induced activation mechanism of calpain"Biol. Chem.. 382. 753-766 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] Hata, S: "Domain II of m-calpain is a Ca^<2+>-dependent cysteine protease"FEBS Letters. 501. 111-114 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] Reverter, D.: "The structure of calcium-free nrcalpain : implications for calcium activation and function"Trends Cardiovasc. Med.. 11. 222-229 (2000)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より
  • [文献書誌] Hata, S.: "Both the conserved and the unique gene structure of stomach-specific calpains reveal processes of calpain gene evolution"J. Mol. Evol. 53. 191-203 (2001)

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      「研究成果報告書概要(欧文)」より

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公開日: 2003-09-17  

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