アモルファス凝集からアミロイド線維への構造転移に伴う熱揺らぎの解明

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17K07363
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 笹原 健二 大阪大学, 蛋白質研究所, 特任講師(常勤) (20432495)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: アミロイド / 蛋白質凝集

研究実績の概要

1.透析アミロイドーシス関連の99残基からなる蛋白質β2ミクログロブリンを用い、NaCl存在下での蛋白質の加熱によるunfoldingとmisfoldingの関係を明らかにした。蛋白質は、Unfoldingによって変性状態となり、misfoldingによってアミロイド線維を形成する。アミロイド線維が形成される効率は、NaCl濃度とunfolding状態に及ぼす外部からの摂動(攪拌)によって決まることを明らかにした。温度軸とNaCl濃度軸に対して、蛋白質のfolding/unfolding領域と摂動を加えたときに観察されるmisfolding領域を相図としてまとめた。
２.生体内に存在するポリリン酸は、蛋白質のアミロイド線維形成を著しく促進する機能を持つと報告されているが、詳細な機構は明らかではない。β２ミクログロブリンのアミロイド線維形成に及ぼすポリリン酸の濃度・鎖長依存性を調べ、次に蛋白質とポリリン酸の親和性を熱量計を用いて解析した。その結果、蛋白質分子がポリリン酸により脱水和されることでアミロイド線維が促進される新たな機構が明らかになった。
３.蛋白質の構造揺らぎとアミロイド線維形成との関係を明らかにするため、モデル蛋白質である鶏リゾチームのアミロイド線維形成に及ぼすポリリン酸の効果を詳細に検討した。ポリリン酸の蛋白質分子への結合後、蛋白質分子は、脱水和された構造的に揺らぎの大きい状態をとることが分光学的、熱力学的解析結果から明らかになった。更に、この構造的揺らぎは、蛋白質の溶解限界領域で最も大きくなり、この状態に攪拌などの摂動を与えると、規則構造を持たないアモルファス凝集を回避して効率よくアミロイド線維が形成されることが明らかになった。得られた結果を基に、蛋白質の構造揺らぎによる新たなアミロイド線維形成モデルを提示した。

研究成果

• [雑誌論文] Isoelectric point-amyloid formation of α-synuclein extends the generality of the solubility and supersaturation-limited mechanism (2020)
  • 著者名/発表者名: Furukawa K, Aguirre C, So M, Sasahara K, Miyanoiri Y, Sakurai K, Yamaguchi K, Ikenaka K, Mochizuki H, Kardos J, Kawata Y, Goto Y
  • 雑誌名: Current Research in Structural Biology 巻: 2 ページ: 35-44
  • DOI: org/10.1016/j.crstbi.2020.03.001
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Heating during agitation of β2-microglobulin reveals that supersaturation breakdown is required for amyloid fibril formation at neutral pH (2019)
  • 著者名/発表者名: Noji M, Sasahara K, Yamaguchi K, So M, Sakurai K, Kardos J, Naiki H, Goto Y.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 294 ページ: 15826-15835
  • DOI: 10.1074/jbc.RA119.009971
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Possible mechanisms of polyphosphate-induced amyloid fibril formation of β2-microglobulin (2019)
  • 著者名/発表者名: Zhang CM, Yamaguchi K, So M, Sasahara K, Ito T, Yamamoto S, Narita I, Kardos J, Naiki H, Goto Y
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 巻: 116 ページ: 12833-12838
  • DOI: 10.1073/pnas.1819813116
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Polyphosphates diminish solubility of a globular protein and promote amyloid aggregation (2019)
  • 著者名/発表者名: Sasahara K, Yamaguchi K, So M, Goto Y.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 294 ページ: 15318-15329
  • DOI: 10.1074/jbc.RA119.008662
  • 査読あり
• [学会発表] Amyloid aggregation of α-synuclein in the vicinity of solubility limit modulated by polyphosphate (2019)
  • 著者名/発表者名: Sasahara Kenji, Yamaguchi Keiichi, So Masatomo, Goto Yuji
  • 学会等名: Ulm Meeting - Biophysics of Amyloid Formation
  • 国際学会
• [学会発表] Amyloid aggregation of α-synuclein near solubility limit modulated by polyphosphate (2019)
  • 著者名/発表者名: 笹原健二、山口圭一、宗正智、河田康志、後藤祐児
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会
• [学会発表] Mechanism of polyphosphate-induced aggregation of a globular protein (2019)
  • 著者名/発表者名: 笹原健二、山口圭一、宗正智、後藤祐児
  • 学会等名: 第92回日本生化学会
• [学会発表] Polyphosphate-induced aggregation of hen lysozyme (2019)
  • 著者名/発表者名: 笹原健二、山口圭一、宗正智、後藤祐児
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会