生体関連分子の機能発現に対する溶媒効果の分子論的研究

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15076211
• 研究機関: 福岡大学
• 研究代表者: 山口 敏男 福岡大学, 理学部, 教授 (70158111)
• 研究分担者: 李 相男 福岡大学, 理学部, 助手 (40248472) ; 吉田 亨次 福岡大学, 理学部, 助手 (00309890)
• キーワード: タンパク質のフォールディング / 溶媒効果 / 疎水性-親水性バランス / アミロイド形成 / X線・中性子回折 / 溶媒クラスター / フルオロアルコール

研究概要

生体関連分子は両親媒性物質であり、構成アミノ酸の疎水性-親水性バランス(HLB)が水中での超構造形成や機能発現に関わっている。一方、アルコールも両親媒性物質であり、その水溶液の物性はHLBに基づいている。本研究では、フルオロアルコール-水混合溶液中の溶媒クラスター構造、フルオロアルコール水溶液中の合成モデルペプチドの二次構造変化、合成ペプチドのアミロイド線維形成について研究して、以下の成果を得た。
1.X線回折、同位体置換中性子回折、小角中性子散乱、NMR緩和法、質量スペクトル法により、トリフルオロアルコール(TFE)-水およびヘキサフルオロアルコール(HFIP)-水二成分溶液の構造と動的性質を明らかにした。TFE組成が0.2モル分率付近、HFIP組成が0.1モル分率付近で溶媒クラスターは四面体類似の水構造から鎖状のアルコール構造への転移が起こることが明らかになった。この構造転移が起こる組成ではタンパク質のα-ヘリックス構造転移が起こることとよい相関が見られた。
2.Full Sequence Design-1(24残基)の一部(14残基)を固相合成法により合成し、TFE-水混合溶媒中でCD測定を行なった。純水中ではランダム構造をとるが、TFE濃度0.2モル分率付近でα-ヘリックスが形成された。混合溶液中のアルコールクラスターがペプチドの二次構造変化の原因であることを結論した。
3.脂溶性中心を持ちその周りを両親媒性ヘリックスペプチドが取り巻くデザインタンパク質が、熱によりαヘリックスからβ構造へ転移してアミロイド線維を形成することを見い出した(アミロイドゲネシン[AG]と命名)。さらに生体内ストレスによって引き起こされる酸化的・pH変化により、繊維構造を形成するタンパク質(Ag-Met)をデザインし、合成に成功した。また、これらのペプチドのX線小角散乱測定から慣性半径など構造情報を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Yoshida, K., Yamaguchi, T., Adachi, T., Otomo, T., Matsuo, D., Takamuku, T., Nishi, N.: "Structure and dynamics of hexafluoroisopropanol-water mixtures by x-ray diffraction, small-angle neutron scattering, NMR spectroscopy, and mass spectroscopy"J.Chem.Phys.. 119. 6132-6142 (2003)
• [文献書誌] Takamuku, T., Matsuo, D., Tabata, M., Yamaguchi, T., Nishi, N.: "Structure of aqueous mixtures of N,N- dimethylacetamide studied by infrared spectroscopy, X-ray diffraction, and mass spectroscopy."J.Phys.Chem.. 107. 6070-6078 (2003)
• [文献書誌] Takamuku, T., Nakamizo, A., Tabata, M., Yoshida, K., Yamaguchi, T., Otomo, T.: "Large-angle x-ray scattering, small-angle neutron scattering, and NMR relaxation studies on mixing states of 1,4-dioxane-water, 1,3-dioxane-water, and tetrahydrofuran-water mixtures"J.Mol.Liq.. 103-104. 143-159 (2003)
• [文献書誌] 丸山浩和, 高椋利幸, 山口敏男, 橘高茂治, 高原周一: "X線回折法によるMCM-41細孔中に閉じ込められたメタノールの構造解析(2003)X線分析の進歩"X線分析の進歩. 34. 227-239 (2003)
• [文献書誌] Ellerby, H.M, Lee, S., Ellerby, L.M., Chen, S., Kiyota, T., del Rio, G., Sugihara, G., Sun, Y., Bredesen, D.E., Arap, W., Pasqualini, R.: "An artificially designed pore-forming protein with anti-tumor effects"J.Biol.Chem.. 278. 35311-35316 (2003)
• [文献書誌] Furuya, T., Kiyota, T., Lee, S., Inoue, T., Sugihara, G., Logvinova, A., Goldsmith, P., Ellerby, H.M.: "Nanotubules formed by highly hydrophobic amphiphilic alpha-helical peptides and natural phospholipids"Biophys.J.. 84. 1950-1959 (2003)