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2007 年度 実績報告書

機能性タンパク質の動力学と折り畳み

研究課題

研究課題/領域番号 15076208
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

片岡 幹雄  奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (30150254)

研究分担者 山崎 洋一  奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 助教 (40332770)
キーワード生物物理 / 蛋白質 / 動力学 / 折り畳み / 中性子非弾性散乱 / 高角溶液散乱 / 天然変性タンパク質 / 光反応中間体
研究概要

機能性タンパク質の典型として水溶性光受容タンパク質イェロープロテイン(PYP)および核酸分解酵素(SNase)を用いて、折り畳みおよび機能発現に伴う動力学に関する研究を行った。世界的に重要視されているタンパク質動力学に関する中性子非弾性散乱を用いた研究は、日本では我々のグループだけが行っている。
1.PYP光反応中間体の溶液構造:PYPの活性光反応中間体であるM中間体の溶液構造を高角X線溶液散乱と揺らぎ解析の手法により明らかにした。発色団での光吸収の情報は、α4ヘリックス、β4とβ5のループおよびN端領域に伝播される。NMR溶液構造解析の結果は、必ずしも正確ではなく、局所的な変化を精度よく検出するが、大域的な構造変化に対してはあいまいさが残ることを示した。
2.誘導折り畳みの機構:近年、天然変性タンパク質(IDP)の存在が脚光を浴びている。IDPは、生理的条件下では構造を取らず、標的との結合により折り畳まれる(誘導折り畳み)。我々は誘導折り畳みを示すSNase変異体を多種類創出した。阻害剤による誘導折りたたみの速度論的測定から、D⇔DI→FLの反応に従うものと、D⇔F→FLの反応に従うものが存在することを示した(D、F、Lは変性状態、天然状態、リガンドを表す)。前者は結合がフォールディングに先立って起きると言うモデルである。両方のメカニズムが起きうることを明確に示したのは世界で初めてである。
3.動力学に対する水和効果:中性子非弾性散乱により動力学に対する水和の効果を詳細に調べた。水和の効果は、5meV以下の低エネルギー領域にのみ現れる。低温ではボソンピークと呼ばれる励起モードが現れるが、水和により、ボソンピークの位置は高エネルギー側にシフトした。この結果は、水和水による水素結合がタンパク質を硬くすることを示しており、城地らによる理論からの予測を裏付けるものである。

  • 研究成果

    (28件)

すべて 2008 2007 その他

すべて 雑誌論文 (13件) (うち査読あり 13件) 学会発表 (14件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Confonnational changes in the N-terminal region of photoactive yellow protein: A time-resolved diffusion study2008

    • 著者名/発表者名
      Yuji Hoshihara
    • 雑誌名

      Biophysical Journal 94

      ページ: 2187-2193

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hydration-dependent protein dynamics revealed by molecular dynamics simulation of crystalline Staphylococcal nuclease.2008

    • 著者名/発表者名
      Yasumasa Joti
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry B 112

      ページ: 3522-3528

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Diverse roles of glycine residues conserved in photoactive yellow proteins.2008

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Imamoto
    • 雑誌名

      Biophysical Journal 94(印刷中)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Role of the N-tenninal region in the function of the photosynthetic bacterium transcription regulator PpsR.2008

    • 著者名/発表者名
      Yoichi Yamazaki
    • 雑誌名

      Photochemistry and Photobiology (印刷中)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mechanism of induced folding: Both folding before binding and binding before folding can be realized in staphylococcal nuclease mutants.2008

    • 著者名/発表者名
      Masayoshi Onitsuka
    • 雑誌名

      Proteins: Structure, Function and Bioinformatics (印刷中)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Hydration effects on low-frequency protein dynamics observed in simulated neutron scattering spectra.2008

    • 著者名/発表者名
      Yasumasa Joti
    • 雑誌名

      Biophysical Journal 94(印刷中)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The photoreaction of the photoactive yellow protein domain in the Hght sensor histidine kinase Ppr is influenced by the C-terminal domains.2008

    • 著者名/発表者名
      Hironari Kamikubo
    • 雑誌名

      Photochemistry and Photobiology (印刷中)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Lowtemperature spectroscopy of Met1OOAla mutant of photoactive yellow protein.2008

    • 著者名/発表者名
      Yasushi Imamoto
    • 雑誌名

      Photochemistry and Photobiology (印刷中)

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Attempt to simplify the aniino-acid sequence of photoactive yellow protein with a set of simple rules.2007

    • 著者名/発表者名
      Kumiko Shirai
    • 雑誌名

      Proteins: Structure, Function and Bioinformatics 67

      ページ: 821-833

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characterization of the solution structure of the M intermediate of photoactive yellow protein using high-angle solution x-ray scattering.2007

    • 著者名/発表者名
      Hironari Kamikubo
    • 雑誌名

      Biophysical Journal 92

      ページ: 3633-3642

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Secondary-structure analysis of denatured proteins by vacuum-ultraviolet circular dichroism spectroscopy.2007

    • 著者名/発表者名
      Koichi Matsuo
    • 雑誌名

      Biophysical Journal 92

      ページ: 4088-4096

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Non-Gaussian behavior of elastic incoherent neutron scattering profiles of proteins studied by molecular dynamics simulation.2007

    • 著者名/発表者名
      Atsushi Tokuhisa
    • 雑誌名

      Physical Review E 75

      ページ: 0419121-7

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Characterization and crystallization of an IscU-type scaffold protein with bound [2Fe 2S] cluster from the hypertliermophile, Aquifex aeolicus.2007

    • 著者名/発表者名
      Yoshimitsu Shimomura
    • 雑誌名

      Journal of Biochemistry 142

      ページ: 577-586

    • 査読あり
  • [学会発表] 中性子散乱によるタンパク質動力学の研究2008

    • 著者名/発表者名
      片岡幹雄
    • 学会等名
      第55回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      船橋
    • 年月日
      2008-03-27
  • [学会発表] Structure of the photointermediate of PYP and the propagation mechanism of structural change.2008

    • 著者名/発表者名
      片岡幹雄
    • 学会等名
      Gordon Research Conference on Photosensory Receptors & Signal Transduction
    • 発表場所
      ヴェンチュラ(アメリカ合衆国カリフォルニア州)
    • 年月日
      2008-01-30
  • [学会発表] ジヒドロ葉酸還元酵素におけるフォールディングエレメントや活性部位の接続部位に含まれる情報の抽出2007

    • 著者名/発表者名
      政さやか
    • 学会等名
      第45回生物物理学会年会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2007-12-23
  • [学会発表] 網羅的アラニン挿入変異法によるジヒドロ葉酸還元酵素の構造形成および機能発現領域の抽出2007

    • 著者名/発表者名
      芝るみ
    • 学会等名
      第45回生物物理学会年会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2007-12-23
  • [学会発表] Ala/ValスキヤニングによるPhotoactive Yellow Proteinの構造・機能に対する重要なアミノ酸残基のマツピング2007

    • 著者名/発表者名
      永田大介
    • 学会等名
      第45回生物物理学会年会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2007-12-23
  • [学会発表] Photoactive Yellow Proteinを用いた中性子結晶構造解析2007

    • 著者名/発表者名
      山口繁生
    • 学会等名
      第45回生物物理学会年会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2007-12-23
  • [学会発表] イェロープロテインの光反応サイクルにおける構造変化メカニズム2007

    • 著者名/発表者名
      今元泰
    • 学会等名
      第45回生物物理学会年会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2007-12-23
  • [学会発表] C末端欠損スタフイロコツカルヌクレアーゼが示す誘導折り畳み反応の分子メカニズム2007

    • 著者名/発表者名
      鬼塚正義
    • 学会等名
      第45回生物物理学会年会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2007-12-22
  • [学会発表] アラニン挿入変異が折れ畳み過程に及ぼす影響2007

    • 著者名/発表者名
      澤田宏起
    • 学会等名
      第45回生物物理学会年会
    • 発表場所
      横浜
    • 年月日
      2007-12-22
  • [学会発表] Effect of hydration on the glass-like transition of protein.2007

    • 著者名/発表者名
      片岡幹雄
    • 学会等名
      Fukuoka International Workshop on Unifying Concepts of Glass Transition
    • 発表場所
      福岡
    • 年月日
      2007-11-23
  • [学会発表] Solution structural analysis of GGA(VHS-GAT) and the complexes with its binding partners using solution X-ray scattering.2007

    • 著者名/発表者名
      上久保裕生
    • 学会等名
      The 9th International Conference on Biology and Synchrotron Radiation
    • 発表場所
      マンチェスター(連合王国)
    • 年月日
      2007-08-15
  • [学会発表] Wide angle X-ray solution scattering reveals the structure of photointennediate of photoactive yellow protein.2007

    • 著者名/発表者名
      片岡幹雄
    • 学会等名
      The 9th International Conference on Biology and Synchrotron Radiation
    • 発表場所
      マンチェスター(連合王国)
    • 年月日
      2007-08-15
  • [学会発表] Determination of hydrogen positions of photoactive yellow protein.2007

    • 著者名/発表者名
      山口繁生
    • 学会等名
      The 9th International Conference on Biology and Synchrotron Radiation
    • 発表場所
      マンチェスター(連合王国)
    • 年月日
      2007-08-15
  • [学会発表] Structure of the photointermediate of PYP revealed by wide-angle x-ray solution scattering and fluctuation analysis.2007

    • 著者名/発表者名
      片岡幹雄
    • 学会等名
      Telluride Conference on Protein Dynamics
    • 発表場所
      テルライド(アメリカ合衆国コロラド州)
    • 年月日
      2007-07-31
  • [備考]

    • URL

      http://mswebs.naist.jp/LABs/kataoka/index.html

URL: 

公開日: 2010-02-04   更新日: 2016-04-21  

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