分子量4MDaの巨大酸素運搬蛋白質ヘモシアニンの構造生物学研究（国際共同研究強化）

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15KK0248
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 田中 良和 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (20374225)
• 研究期間 (年度): 2015 – 2018
• キーワード: ヘモシアニン / クライオ電子顕微鏡 / X線結晶構造解析

研究実績の概要

本研究課題にて収集したヘモシアニンのクライオ電子顕微鏡データを用いて構造精密化を行った．プログラムSPHIREを用いて，外壁領域と内部領域を別々に精密化することで，D5対象の外壁領域と，対称性のない内部領域の構造を明らかにすることができた．X線結晶構造解析では，C5対象な分子として解釈された分子が，実は，外部はD5，内部は非対称な構造を有していることを明らかにできたのは，クライオ電子顕微鏡の単粒子解析とX線結晶構造解析の両方の長所を組み合わせたためであり，複雑な対称性を有する分子の構造解析において，これらの手法を組み合わせることの重要性が示された．
外部領域にはX線結晶構造解析で明らかにしたヘモシアニンの外部領域の構造をプロトマーごとにリジッドボディーフィッティングでフィッティングし，内部領域にはX線結晶構造解析で決定したFUを元に作成したFU-gとFU-d*のポリアラニン構造をリジッドボティーフィッティングして全体構造のモデルを構築した．明らかになった10この各プロトマーを比較したところ，内部ドメインの配置の違いにより，4種類に分類された．内部に存在するFU-gとFU-d*が2つのコンフォメーションを取ることができ，それらの組み合わせにより4種類のプロトマーの構造が存在した（プロトマー1，2．3，4）．プロトマー1，2はそれぞれ4つのプロトマーが分類され，プロトマー3，4にはそれぞれ1つのプロトマーが分類された．これらの4種類の異なる構造のプロトマーが複雑に相互作用することで，外部はD5，内部は非対称な複雑な構造が形成されていた．また，明らかになった構造を，他のヘモシアニと比較することで，軟体動物のヘモシアニンが進化する過程を明らかにすることができた．

研究成果

• [国際共同研究] Max Planck Institute of Molecular Physiology(ドイツ) (2016)
  • 年月日: 2016-07-28 – 2017-03-24
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Max Planck Institute of Molecular Physiology
  • 主な海外共同研究者名: ステファン ラウンザー
  • 職名: ディレクター
• [雑誌論文] Protein encapsulation in the hollow space of hemocyanin crystals containing a covalently conjugated ligand (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsubasa Hashimoto, Yuxin Ye, Mihoko Ui, Tohohisa Ogawa, Takashi Matsui, and Yoshikazu Tanaka
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2019.04.062
  • 査読あり
• [雑誌論文] CryoEM reveals the asymmetric assembly of squid hemocyanin (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu Tanaka, Sanae Kato, Makus Stabrin, Stefan Raunser, Takashi Matsui, and Christos Gatsogiannis
  • 雑誌名: IUCRj 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: https://doi.org/10.1107/S205225251900321X
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] SDS-induced oligomerization of Lys49-phospholipase A2 from snake venom (2019)
  • 著者名/発表者名: Takashi Matsui, Shizuka Kamata, Kentaro Ishii, Takahiro Maruno, Nouran Ghanem, Susumu Uchiyama, Koichi Kato, Atsuo Suzuki, Naoko Oda-Ueda, Tomohisa Ogawa and Yoshikazu Tanaka
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 9 ページ: 2330
  • DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-019-38861-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Encapsulation of biomacromolecules by soaking and co-crystallization into porous protein crystals of hemocyanin (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsubasa Hashimoto, Yuxin Ye, Asuka Matsuno, Yuki Ohnish, Akira Kitamura, Masataka Kinjo, Satoshi Abe, Takafumi Ueno, Min Yao, Tomohisa Ogawa, Takashi Matsui, Yoshikazu Tanaka
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 巻: 509 ページ: 577-584
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2018.12.096
  • 査読あり
• [雑誌論文] staphylococcal bi-component toxin for β-barrel pore assembly (2018)
  • 著者名/発表者名: Kein Takeda, Yoshikazu Tanaka, Naoki Abe, Jun Kaneko
  • 雑誌名: Toxicon 巻: 155 ページ: 43-48
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.toxicon.2018.10.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Compact Seahorse-Shaped T Cell-Activating Antibody for Cancer Therapy (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroto Fujii, Yoshikazu Tanaka, Hikaru Nakazawa, Aruto Sugiyama, Noriyoshi Manabe, Akira Shinoda, Nobutaka Shimizu, Takamitsu Hattori, Katsuhiro Hosokawa, Takuma Sujino, Tomoyuki Ito, Teppei Niide, Ryutaro Asano, Izumi Kumagai, and Mitsuo Umetsu
  • 雑誌名: Adv. Therapeut. 巻: 1 ページ: 1700031
  • DOI: DOI: 10.1002/adtp.201700031
  • 査読あり
• [学会発表] 蛋白質結晶中の巨大な空隙へのタンパク質の包摂 (2019)
  • 著者名/発表者名: 橋本翼, 松井崇, 小川智久，田中良和
  • 学会等名: PFシンポジウム
• [学会発表] スルメイカ由来ヘモシアニンのクライオ電顕構造とX 線結晶構造の違い (2018)
  • 著者名/発表者名: 田中良和，松井崇，加藤早苗，Christos Gatsogiannis, Stefan Raunser
  • 学会等名: 日本蛋白質科学会
• [学会発表] Molecular Mechanism of Staphylococcal Pore Forming Toxin (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoshikazu TANAKA, Jun KANEKO
  • 学会等名: The 79th Okazaki Conference Synthetic, Biological, and Hybrid Molecular Engines
  • 国際学会
• [学会発表] 巨大蛋白質会合体ヘモシアニンの構造解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田中良和
  • 学会等名: 日本生物物理学会 東北支部会
• [学会発表] X線結晶構造解析とクライオ電顕、両手法を使って (2018)
  • 著者名/発表者名: 田中良和
  • 学会等名: フォトンファクトリー研究会 X線とクライオ電子顕微鏡で挑む生命の機能とかたち
  • 招待講演
• [備考]
  • URL: http://www.lifesci.tohoku.ac.jp/labmos/publish/publish.html