グループ2型シャペロニン機能発現の分子機構

2008 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19370038
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 構造生物化学
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 養王田 正文 東京農工大学, 大学院・共生科学技術研究院, 教授 (50250105)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2008
• キーワード: シャペロン / シャペロニン / 古細菌 / ストレス / フォールディング

研究概要

超好熱性古細菌Thermococcus strain KS-1由来グループ2型シャペロニンは、ATPにより頂点ドメインに位置するhelical protrusionを中心とした構造変化が引き起こされ、open 構造からclosed 構造へと変化することで、補足した変性タンパク質をシャペロニン内部空洞に閉じ込め、foldingを促進する。このATP依存的な構造変化はサブユニット間の協同した作用により引き起こされるが、その詳細は解明されていない。我々は、シャペロニンリング内の特定の位置に、「ATP加水分解部位に変異を導入した変異体サブユニット」と「helical protrusion欠損変異体サブユニット」をそれぞれ様々に導入したシャペロニンを作成し、これらのシャペロニンのfolding活性やATP依存的な構造変化を生化学的実験およびX線小角散乱実験などを用いて解析し、サブユニット間の協同性を解析した。本解析の結果、2型シャペロニンのATP依存的なopen構造からclosed構造への変化では、最初にATP結合・加水分解により各サブユニットのhelical protrusionを中心とした局所的な構造変化が起こり、その後、隣接したhelical protrusion間の相互作用が起こることでclosed構造を形成するようになることを明らかにした。また、常温での機能解析を可能にするため、低温適応変異体を構築した。この変異体の変異アミノ酸は構造変化の情報伝達に重要な役割を持つことが示唆されている。

研究成果

• [雑誌論文] Characterization of a sHsp ofSchizosaccharomyces pombe, SpHsp15.8, and the implication of its functionalmechanism by comparison with anothersHsp (2009)
  • 著者名/発表者名: Sugino C, Hirose M, Tohda H,Yoshinari Y, Abe T, Giga-Hama Y, IizukaR, Shimizu M, Kidokoro S, Ishii N, Yohda M.
  • 雑誌名: SpHsp16.0. Proteins 74 ページ: 6-17
  • 査読あり
• [雑誌論文] Construction and characterization ofthe hetero-oligomer of the group IIchaperonin from the hyperthermophilicarchaeon (2009)
  • 著者名/発表者名: Sahlan M, Kanzaki T, Yohda M
  • 雑誌名: Thermococcus sp. strain KS-1.Extremophiles 13 ページ: 437-445
  • 査読あり
• [雑誌論文] Formation of highly toxicsoluble amyloid beta oligomers by themolecular chaperone prefoldin (2008)
  • 著者名/発表者名: Sakono M, Zako T, Ueda H, Yohda M, Maeda M
  • 雑誌名: FEBS J 275 ページ: 5982-5993
  • 査読あり
• [雑誌論文] Role ofthe IXI/V motif in oligomer assemblyand function of StHsp14.0, a small heatshock protein from theacidothermophilic archaeon (2008)
  • 著者名/発表者名: Saji H, Iizuka R, Yoshida T, Abe T, Kidokoro S, Ishii N, Yohda M
  • 雑誌名: Sulfolobus tokodaii strain 7. Proteins 71 ページ: 771-782
  • 査読あり
• [雑誌論文] Overexpression ofprefoldin from the hyperthermophilicarchaeum Pyrococcus horikoshii OT3endowed Escherichia coli with organicsolvent tolerance (2008)
  • 著者名/発表者名: Okochi M, Kanie K, Kurimoto M, YohdaM, Honda H
  • 雑誌名: Appl Microbiol Biotechnol 79 ページ: 443-449
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure of aspartate racemasecomplexed with a dual substrateanalogue, citric acid (2008)
  • 著者名/発表者名: Ohtaki A, Nakano Y, Iizuka R, Arakawa T, Yamada K, Odaka M, Yohda M
  • 雑誌名: and implications for the reaction mechanism. Proteins 70 ページ: 1167-1174
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and moleculardynamics simulation of archaealprefoldin : the molecular mechanism forbinding and recognition of nonnativesubstrate proteins (2008)
  • 著者名/発表者名: Ohtaki A, Kida H, Miyata Y, Ide N,Yonezawa A, Arakawa T, Iizuka R,Noguchi K, Kita A, Odaka M, Miki K,Yohda M
  • 雑誌名: J Mol Biol 376 ページ: 1130-1141
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamics of group II chaperonin andprefoldin probed by 13C NMRspectroscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: Kurimoto E, Nishi Y, Yamaguchi Y,Zako T, Iizuka R, Ide N, Yohda M, KatoK
  • 雑誌名: Proteins 70 ページ: 1257-1263
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural and molecular characterization of the prefoldin beta subunit from Thermococcus strain KS-1 (2008)
  • 著者名/発表者名: Kida H, Sugano Y, Iizuka R, Fujihashi M, Yohda M, Miki, K
  • 雑誌名: J Mol Biol 383 ページ: 465-474
  • 査読あり
• [雑誌論文] Sequentialaction of ATP-dependent subunitconformational change and interactionbetween helical protrusions in theclosure of the built-in lid of group Iichaperoninsaq (2008)
  • 著者名/発表者名: Kanzaki T, Iizuka R, Takahashi K, Maki K, Masuda R, Sahlan M, Yebenes H, Valpuesta JM, Oka T, Furutani M, IshiiN, Kuwajima K, Yohda M
  • 雑誌名: J Biol Chem 283 ページ: 34773-347843
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional characterization ofrecombinant prefoldin complexes from ahyperthermophilic archaeon (2008)
  • 著者名/発表者名: Iizuka R, Sugano Y, Ide N, Ohtaki A, Yoshida T, Fujiwara S, Imanaka T, YohdaM
  • 雑誌名: Thermococcus sp. strain KS-1. J Mol Biol 377 ページ: 972-983
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparativeanalysis of the protein foldingactivities of two chaperonin subunitsof Thermococcus strain KS-1 : theeffects of beryllium fluoride (2007)
  • 著者名/発表者名: Yoshida T, Iizuka R, Itami K, Yasunaga T, Sakuraba H, Ohshima T, Yohda M, Maruyama T
  • 雑誌名: Extremophiles 11 ページ: 225-235
  • 査読あり
• [雑誌論文] Localization of prefoldininteraction sites in thehyperthermophilic group II chaperoninand correlations between binding rateand protein transfer rate (2007)
  • 著者名/発表者名: Zako T, Murase Y, Iizuka R, YoshidaT, Kanzaki T, Ide N, Maeda M, FunatsuT, Yohda M
  • 雑誌名: J Mol Biol 364 ページ: 110-120
  • 査読あり
• [学会発表] Sequential action of ATP dependentsubunit conformational change andinteraction between helicalprotrusions in the closure of thebuilt-in lid of group II chaperonins (2008)
  • 著者名/発表者名: Yohda M, Kanzaki T, Masuda R, Sahlan M
  • 学会等名: 第31回日本分子生物学会年会/第81回日本生化学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場、神戸(Invited)
  • 年月日: 20081200
• [学会発表] STRUCTURE,FUNCTION AND APPLICATION OFHYPERTHERMOPHILIC MOLECULARCHAPERONES (2008)
  • 著者名/発表者名: Yohda M, Sugano Y, Miyoshi E, HanadaM, Yonezawa A, Ohtaki A, Horiuchi H,Oda M, Tani T, Fujii I
  • 学会等名: The 3rd International Workshop on Approaches to Single-Cell Analysis
  • 発表場所: ETH, Zurich, Switzerland
  • 年月日: 20080900
• [学会発表] Rebuilt and characterization ofhetero-oligomeric group II chaperonincomplexes of Thermococcus sp. strainKS-1 (2008)
  • 著者名/発表者名: Sahlan M, Kanzaki T, Yohda M
  • 学会等名: 33rd FEBS Congress and 11th IUBMB Conference
  • 発表場所: Athens, Greece
  • 年月日: 20080600
• [学会発表] Studies on the contribution ofhelical protrusion to ATP-dependentconformational change of group IIchaperonin using chaperonin complexeswith helical protrusion deletions (2008)
  • 著者名/発表者名: Kanzaki T, Masuda R, Iizuka R,Takahashi K, Maki K, Kuwajima K, YohdaM
  • 学会等名: 33rd FEBS Congress and 11th IUBMB Conference
  • 発表場所: Athens, Greece
  • 年月日: 20080600
• [学会発表] Recent progress of theresearches on molecular chaperones andprotein folding diseasesa (2008)
  • 著者名/発表者名: Yohda M
  • 学会等名: The 2nd Gruber-Soedigdo Lecture2008
  • 発表場所: Instutute of Bandung, Bandung, Indonesia (Invited)
  • 年月日: 20080600
• [学会発表] RECOGNITION MECHANISM OF PYROCOCCUSPREFOLDIN REVEALED BY X-RAY CRYSTALSTRUCTUIRE ANALYSIS AND MOLECULARDYNAMICS SIMULATION (2008)
  • 著者名/発表者名: Yohda M, Ohtaki A, Miyata Y, Kida H,Yonezawa A, Noguchi K, Miki, K
  • 学会等名: MOLECULAR CHAPERONES, STRESS RESPONSES
  • 発表場所: Cold Spring Harbor, USA
  • 年月日: 20080500
• [学会発表] ATP-DEPENDENTCONMORMATIONAL CHANGE MECHANISM OFGROUP II CHAPERONINS ELUCIDATED USINGCHAPERONIN COMPLEXES (2008)
  • 著者名/発表者名: Kanzaki T, Iizuka R, Takahashi K, Hugo Yebenes H, Masuda R, Maki K, IshiiN, Sahlan M, Valpuesta JM, Kuwajima K, Yohda M
  • 学会等名: MOLECULAR CHAPERONES, STRESS RESPONSES
  • 発表場所: Cold Spring Harbor, USA
  • 年月日: 20080500
• [学会発表] FORMATION OF HIGHLY SOLUBLEAMYLOID BETA OLIGOMERS BY THEMOLECULAR CHAPERONE PREFOLDINa (2008)
  • 著者名/発表者名: Sakono M. Zako T, Ueda H, Yohda M, Maeda M
  • 学会等名: MOLECULAR CHAPERONES, STRESS RESPONSES
  • 発表場所: Cold Spring Harbor, USA
  • 年月日: 20080500
• [学会発表] TWOSMALL HEAT SHOCK PROTEINS OF A FISSIONYEAST FUNCTION IN DIFFERENT MANNER TOCOPE WITH WIDE RANGE OF TEMPERATURESAND VARIOUS DENATURED PROTEINS (2007)
  • 著者名/発表者名: Yohda M, Sugino C, Hirose M, IizukaR, Shimizu M, Kidokoro S, Ishii N
  • 学会等名: 3rdCell Stress Society InternationalCongress on Stress Responses inBiology and Medicine and 2nd WorldConference of Stress
  • 発表場所: Budapest, Hungary
  • 年月日: 20070800
• [学会発表] INTERACTION OF PREFOLDIN WITHGROUP II CHAPERONIN IN THE PRESENCE OFVARIOUS NUCLEOTIDES (2007)
  • 著者名/発表者名: Zako T, Murase Y, Zhukov A, KarlssonR, Shimizu M, Iizuka R, Maeda M, YohdaM
  • 学会等名: 3rd Cell StressSociety International Congress onStress Responses in Biology andMedicine and 2nd World Conference ofStress
  • 発表場所: Budapest, Hungary
  • 年月日: 20070800
• [学会発表] THE INTERACTIONOF HELICAL PROTRUTIONS IS IMPORTANT INTHE PROTEIN FOLDING CYCLE OF GROUP IICHAPERONINS (2007)
  • 著者名/発表者名: Kanzaki T, Iizuka R, Takahashi K, Maki K, Ishii N, Sahlan M, Furutani M, Kuwajima K, Yohda M(他 4 件)
  • 学会等名: 3rd Cell Stress SocietyInternational Congress on StressResponses in Biology and Medicine and2nd World Conference of Stress
  • 発表場所: Budapest, Hungary
  • 年月日: 20070800
• [図書] Protein Folding Systems(ASM Press) (2007)
  • 著者名/発表者名: Robb FT, Iizuka R, Yohda M
  • 出版者: Archaea-MOLECULAR AND CELLULAR BIOLOGY-ed. Cavicchioli R