蛋白質分子認識過程における水和構造のダイナミクス

2005 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15076210
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 中迫 雅由 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (30227764)
• 研究分担者: 岡 俊彦 慶應義塾大学, 理工学部, 助手 (60344389)
• キーワード: 蛋白質構造 / 蛋白質水和 / 低温結晶構造解析 / 光受容蛋白質 / X線散乱・回折

研究概要

本研究では、蛋白質のダイナミクス、機能と水和の相関解明に向けて、機能発現における蛋白質水和構造変化の追跡を目的とした、X線散乱・回折実験と分子動力学計算などを実施し以下の成果を得た。
1.グルタミン酸脱水素酵素斜方晶系結晶の構造を分解能1.9Åで決定し、また、正方晶系結晶で観測された散漫散乱パターンからドメイン運動の様態を解析中である。ハプテン結合状態抗体Fv-fragmentの結晶構造では、ごく少数の水分子が構造変化を制御することを見出した。シタロン脱水酵素の変異体について、阻害剤結合状態、非結合状態の結晶構造解析などから、基質結合メカニズムを推定した。他にも結晶構造解析が進行中である。
2.分子動力学計算において、タンパク質表面近傍での水分子挙動に焦点をあて、蛋白質周囲の水素結合形成確率と水素結合ネットワークを調べた。得られた結果は、低温結晶構造解析で得られた水和構造の静的特徴とよく一致した。
3.PASドメイン含有し、植物の光形態形成で主要な役割を担う光受容蛋白質の高次構造をX線小角散乱実験によって解析した。暗中と光照射下での散乱パターンを比較した結果、Phytochrome Aにおいては、光照射による大規模な構造変化が結論付けられた。
4.高強度X線マイクロビームの利用技術開発を行い、構造研究に応用した、さらに、高干渉性X線による蛋白質分子の時間相関関数測定を目指し、測定方法の開発を進めた。サブゼロ温度領域でのX線散乱・回折実験用試料槽を試作し、実用試験中である。
5.原子間力顕微鏡によって蛋白質の運動を直接測定する技術の開発を試みている。現在、lysozyme、グルタミン酸脱水素酵素などの蛋白質結晶について、表面蛋白質分子配列を解像できるようになった。

研究成果

• [雑誌論文] A fluorescent antibiotic resistance marker for rapid production of transgenic rice plants. (2006)
  • 著者名/発表者名: Ochiai-Fukuda, T. et al.
  • 雑誌名: J.Biotech. in press(印刷中)
• [雑誌論文] Hydrogen-bond patterns in the hydration structure of a protein. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yokomizo, T.Nakasako, M., Yamazaki, T., Shindo, H.Higo, J.
  • 雑誌名: Chem.Phys.Lett. 401 ページ: 332-336
• [雑誌論文] Light-induced global structural changes of phytochrome A regulating photomorphogenesis in plants. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nakasako, M., Iwata, T., Inoue K., Tokutomi S.
  • 雑誌名: FEBS J. 272 ページ: 603-612
• [雑誌論文] Structural transition of bacteriorhodopsin is preceded by deprotonation of Schiff base : Microsecond time-resolved X-ray diffraction study of purple membrane. (2005)
  • 著者名/発表者名: Oka, T., Inoue, K., Kataoka, M., Yagi, N.
  • 雑誌名: Biophys.J. 88 ページ: 436-442
• [雑誌論文] Quaternary structure of LOV-domain containing polypeptide of Arabidopsis FKF1 protein. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nakasako M., Matsuoka, D., Zikihara.K., Tokutomi, S.
  • 雑誌名: FEBS Lett. 579 ページ: 1067-1071
• [雑誌論文] Patterns and networks of hydrogen-bonds in the hydration structure of human lysozyme. (2005)
  • 著者名/発表者名: Yokomizo, T., Higo, J., Nakasako, M.
  • 雑誌名: Chem.Phys.Lett. 410 ページ: 31-35
• [雑誌論文] Conformational dynamics of complementarity determining region H3 of an anti-dansyl Fv fragment in the presence of its hapten. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nakasako, M., Oka, T., Masumo, M., Takahashi, H., Shimada, I.et al.
  • 雑誌名: J.Mol.Biol. 351 ページ: 627-640
• [雑誌論文] Structural analysis of cell membrane complex of a hair fibre by micro-beam X-ray diffraction. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ohta, N., Oka, T.Inoue, K., Yagi, N., Kato, S., Hatta, I.
  • 雑誌名: J.Appl.Cryst. 38 ページ: 274-279
• [雑誌論文] Discovery of MBI-D resistant buster compounds-inquiry of effective compound among derivatives of MBI-D products. (2005)
  • 著者名/発表者名: Kurahashi, Y., Kagabu, S., Yamada, N., Mitsugi, Y., Shimizu, M., Nakasako, M., Yamaguchi, I.
  • 雑誌名: J.Pesticide.Sci. 88 ページ: 436-442
• [雑誌論文] Tertiary and quaternary structures of phytochrome A. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nakasako M., Tokutomi, S.
  • 雑誌名: Light Sensing in Plants(Eds. Wada, M., Shimazaki, K., Iino, M.) Springer Verlag 第一版 ページ: 43-49
• [雑誌論文] Water-protein interactions studied by cryogenic X-ray crystallography. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nakasako, M.
  • 雑誌名: Hydrogen and Hydration in Proteins and Nucleic Acids(Eds.Niimura, N., Mizuno, H., Helliwell, J., Westhof, E.)(KubaPro) 第一版 ページ: 135-139
• [雑誌論文] LOV photoreceptors in Plants ; Molecular structure, photoreaction and signal transduction. (2005)
  • 著者名/発表者名: Matsuoka, D., Nakasako, M., Zikihara, K., Tokutomi, S.
  • 雑誌名: Proceedings of the 15th International Symposium on Flavins and Flavoproteins in press
• [雑誌論文] 結晶を冷却する (2005)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由
  • 雑誌名: タンパク質の結晶化(京都大学出版会) 第一版 ページ: 267-281
• [雑誌論文] タンパク質の水和構造 (2005)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由, 肥後順一
  • 雑誌名: 現代化学 No.413 ページ: 48-54
• [雑誌論文] X線結晶解析 (2005)
  • 著者名/発表者名: 中迫雅由
  • 雑誌名: タンパク質科学 -構造・物性・機能(後藤, 桑島, 谷澤編)(化学同人) 第一版 ページ: 33-43