X線小角散乱と超遠心分析の統合的解析による時計タンパク質KaiCの溶液中動態解明

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K16088
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 守島 健 京都大学, 複合原子力科学研究所, 助教 (40812087)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: 超遠心分析 (AUC) / X線小角散乱 (SAXS) / 時計蛋白質

研究実績の概要

シアノバクテリアが有する生物時計機構は3つの蛋白質KaiA・KaiB・KaiCで構成され、KaiCはKaiA、KaiBと相互作用しながらリン酸化度を24時間周期で増減させる。この興味深い生物時計機構の理解のためには、KaiCの溶液中の構造を理解することが重要である。本研究では、溶液中のKaiCの三次元構造を解明することを目的とした。
溶液中のタンパク質の構造解析のために小角散乱法は大変強力な手法だが、測定により得られる散乱プロファイルは凝集等の夾雑物に敏感に影響を受ける。そこで前年度開発したAUC-SAS法を用いて、凝集の影響が完全に排除されたKaiC 6量体のSAXSプロファイルを得た。このSAXSプロファイルを結晶構造から予想される散乱プロファイルと比較したところ、溶液中における回転半径は結晶構造のものと比較して大きいことがわかった。溶液中での構造を明らかにするため令和2年度は、AUC-SAS法によって得られたSAXSプロファイルを再現する構造モデルを粗視化分子動力学シミュレーションを用いて探索した。その結果、結晶構造では観測されていなかったN末端およびC末端側の天然変性領域を考慮したモデルがSAXSプロファイルを最もよく再現することが明らかとなった。また、これらの両末端は溶液中でランダムに揺らいでいることが示唆された。特にC末端の天然変性領域はリン酸化に寄与するKaiAとの相互作用部位であり、現在未解明であるKaiA-KaiC複合体の構造解析を今後行うにあたり重要な知見である。

研究成果

• [国際共同研究] ANSTO(オーストラリア)
  • 国名: オーストラリア
  • 外国機関名: ANSTO
• [国際共同研究] ILL(フランス)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: ILL
• [雑誌論文] Elucidation of the mechanism of subunit exchange in αB crystallin oligomers (2021)
  • 著者名/発表者名: Inoue Rintaro、Sakamaki Yusuke、Takata Takumi、Wood Kathleen、Morishima Ken、Sato Nobuhiro、Okuda Aya、Shimizu Masahiro、Urade Reiko、Fujii Noriko、Sugiyama Masaaki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 2555
  • DOI: 10.1038/s41598-021-82250-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Deuteration Aiming for Neutron Scattering (2021)
  • 著者名/発表者名: Okuda Aya、Inoue Rintaro、Morishima Ken、Saio Tomohide、Yunoki Yasuhiro、Yagi-Utsumi Maho、Yagi Hirokazu、Shimizu Masahiro、Sato Nobuhiro、Urade Reiko、Kato Koichi、Sugiyama Masaaki
  • 雑誌名: Biophysics and Physicobiology 巻: 18 ページ: 16-27
  • DOI: 10.2142/biophysico.bppb-v18.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solution structure of multi-domain protein ER-60 studied by aggregation-free SAXS and coarse-grained-MD simulation (2021)
  • 著者名/発表者名: Okuda Aya、Shimizu Masahiro、Morishima Ken、Inoue Rintaro、Sato Nobuhiro、Urade Reiko、Sugiyama Masaaki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 5655
  • DOI: 10.1038/s41598-021-85219-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A feasibility study of inverse contrast-matching small-angle neutron scattering method combined with size exclusion chromatography using antibody interactions as model systems (2021)
  • 著者名/発表者名: Sato Nobuhiro、Yogo Rina、Yanaka Saeko、Martel Anne、Porcar Lionel、Morishima Ken、Inoue Rintaro、Tominaga Taiki、Arimori Takao、Takagi Junichi、Sugiyama Masaaki、Kato Koichi
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: 170 ページ: in press
  • DOI: 10.1093/jb/mvab012
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Integral approach to biomacromolecular structure by analytical-ultracentrifugation and small-angle scattering (2020)
  • 著者名/発表者名: Morishima Ken、Okuda Aya、Inoue Rintaro、Sato Nobuhiro、Miyamoto Yosuke、Urade Reiko、Yagi-Utsumi Maho、Kato Koichi、Hirano Rina、Kujirai Tomoya、Kurumizaka Hitoshi、Sugiyama Masaaki
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 3 ページ: 294
  • DOI: 10.1038/s42003-020-1011-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dynamics of proteins with different molecular structures under solution condition (2020)
  • 著者名/発表者名: Inoue Rintaro、Oda Takashi、Nakagawa Hiroshi、Tominaga Taiki、Saio Tomohide、Kawakita Yukinobu、Shimizu Masahiro、Okuda Aya、Morishima Ken、Sato Nobuhiro、Urade Reiko、Sato Mamoru、Sugiyama Masaaki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: 21678
  • DOI: 10.1038/s41598-020-78311-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 超遠心分析と小角散乱の統合手法（AUC-SAS）によるタンパク質複合体の構造解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 守島健, 宮本洋祐, 清水将裕, 柚木康弘, 奥田綾, 佐藤信浩, 井上倫太郎, 裏出令子, 矢木宏和, 加藤晃一, 杉山正明
  • 学会等名: 2020年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] ヒストンバリアントH2A.Bを含むヌクレオソームの新規動態の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 平野里奈, 有村泰宏, 鯨井智也, 柴田幹夫, 奥田綾, 守島健, 井上倫太郎, 杉山正明, 胡桃坂仁志
  • 学会等名: 第38回染色体ワークショップ・第19回核ダイナミクス研究会
• [学会発表] Oligomeric structure and its temperature-dependent change of HspB1 from Chinese hamster ovary cell (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Yohda, M. Nakamura, N. Kurokawa, K. Morishima, R. Inoue, M. Sugiyama
  • 学会等名: 2020 World Conference of Protein Science
  • 国際学会
• [学会発表] Structural and functional characterization of sHsps from the fission yeast (2020)
  • 著者名/発表者名: R. Nishijima, K. Morishima, R. Inoue, M. Sugiyama, M. Yohda
  • 学会等名: 2020 World Conference of Protein Science
  • 国際学会
• [学会発表] 中性子散乱解析を目指したタンパク質ライゲーションの技術戦略 (2020)
  • 著者名/発表者名: 奥田綾, 清水将裕, 守島健, 佐藤信浩, 井上倫太郎, 裏出令子, 杉山正明
  • 学会等名: 日本中性子科学第20年会
• [学会発表] Innovative Small-Angle Scattering for Structural Analysis of Biomacromolecule in Solution (2020)
  • 著者名/発表者名: 守島健, 井上倫太郎, 中川達央, 宮本洋祐, 清水将裕, 奥田綾, 佐藤信浩, 裏出令子, 杉山正明
  • 学会等名: CBI2020大会
• [学会発表] タンパク質会合体の精密構造解析のための分析超遠心, SEC-SAXSおよびSEC-iCM-SANSの統合的利用 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐藤信浩, 守島健, 井上倫太郎, 與語理那, 谷中冴子, 矢木宏和, 加藤晃一, Martel Anne, Porcar Lionel, 杉山正明
  • 学会等名: 日本中性子科学第20年会
• [学会発表] X線小角散乱でみる大豆タンパク質のナノ構造に対する緩衝剤および塩の影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐藤信浩, 裏出令子, 奥田綾, 守島健, 井上倫太郎, 杉山正明
  • 学会等名: 日本農芸化学会2020年度大会
• [図書] 62. 超遠心分析：相分離生物学の全貌（現代化学増刊46) 白木賢太郎編 (2020)
  • 著者名/発表者名: 守島健
  • 総ページ数: 400
  • 出版者: 東京化学同人
  • ISBN: 9784807913466