シャペロン様糖脂質MPIaseの膜上挙動観察と膜タンパク質膜挿入促進剤の開発

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20K05738
• 研究機関: 公益財団法人サントリー生命科学財団
• 研究代表者: 藤川 紘樹 公益財団法人サントリー生命科学財団, 生物有機科学研究所・構造生命科学研究部, 研究員 (50755874)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 膜タンパク質膜挿入 / シャペロン様糖鎖

研究実績の概要

大腸菌の膜タンパク質膜挿入活性を持つ糖脂質MPIaseの作用機構解明に向けて、各種合成類縁体を用いた構造活性相関研究を実施した。ドッキングシミュレーションの結果、グルコサミン6位のAc基は、基質タンパク質との疎水性の相互作用が示唆されたため、Ac基をF基、OMe基、OBz基などの疎水性の置換基に改変した類縁体を合成し、Ac基の役割を議論する事とした。また、マンノサミンのカルボシル基は、基質タンパク質の塩基性アミノ酸(リジン、アルギニン)との静電的な相互作用が示唆されたため、カルボン酸の酸性を潰したメチルエステル体を合成し、カルボキシ基の活性への寄与を調べる事とした。ピロリン酸については、モノリン酸体やリン酸基を持たない類縁体を合成する事で、活性への寄与を調べる事とした。また、糖鎖長の活性への影響を調べる目的で、6糖ピロリン脂質(mini-MPIase-6)や9糖ピロリン脂質(mini-MPIase-9)、および6糖リン酸体や9糖リン酸体を合成した。得られた類縁体を用いた膜タンパク質膜挿入活性試験の結果、グルコサミン6位には、コンパクトで適度な疎水性を持った置換基が必要である事、マンノサミンのカルボキシ基が活性に寄与している事、ピロリン酸が活性に寄与しており、モノリン酸では不十分である事、糖鎖長に依存して膜タンパク質の膜挿入活性が向上する事、用いた基質タンパク質(3L-Pf3ファージコートタンパク質)に対しては、9糖あたりからタンパク質の凝集抑制活性が現れる事が明らかとなった。また、MPIase類縁体と膜シャペロンYidCを共再構成したところ、6糖以上のMPIase類縁体でYidCとの協奏効果が確認された。

研究成果

• [雑誌論文] Structural Requirements of a Glycolipid MPIase for Membrane Protein Integration (2023)
  • 著者名/発表者名: Kohki Fujikawa, Youjung Han, Tsukiho Osawa, Shoko Mori, Kaoru Nomura, Maki Muramoto, Ken-ichi Nishiyama, Keiko Shimamoto
  • 雑誌名: Chemistry A European Journal 巻: - ページ: e202300437
  • DOI: 10.1002/chem.202300437
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Role of a bacterial glycolipid in Sec-independent membrane protein insertion. (2022)
  • 著者名/発表者名: Kaoru Nomura, Shoko Mori, Kohki Fujikawa, Tsukiho Osawa, Shugo Tsuda, Kumiko Yoshizawa-Kumagaye, Shun Masuda, Hideki Nishio, Taku Yoshiya, Takao Yoda, Masafumi Shionyu, Tsuyoshi Shirai, Ken-Ichi Nishiyama, Keiko Shimamoto
  • 雑誌名: Scientific reports 巻: 12 ページ: 12231
  • DOI: 10.1038/s41598-022-16304-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Intermolecular Interactions between a Membrane Protein and a Glycolipid Essential for Membrane Protein Integration. (2022)
  • 著者名/発表者名: Shoko Mori, Kaoru Nomura, Kohki Fujikawa, Tsukiho Osawa, Masafumi Shionyu, Takao Yoda, Tsuyoshi Shirai, Shugo Tsuda, Kumiko Yoshizawa-Kumagaye, Shun Masuda, Hideki Nishio, Taku Yoshiya, Sonomi Suzuki, Maki Muramoto, Ken-Ichi Nishiyama, Keiko Shimamoto
  • 雑誌名: ACS chemical biology 巻: 17 ページ: 609-618
  • DOI: 10.1021/acschembio.1c00882
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A bacterial glycolipid essential for membrane protein integration. (2022)
  • 著者名/発表者名: Kohki Fujikawa, Shoko Mori, Ken-Ichi Nishiyama, Keiko Shimamoto
  • 雑誌名: Advances in carbohydrate chemistry and biochemistry 巻: 81 ページ: 95-129
  • DOI: 10.1016/bs.accb.2022.09.005
  • 査読あり
• [学会発表] 大腸菌膜タンパク質膜挿入に必須な糖脂質MPIaseの構造活性相関研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 藤川 紘樹, Han Youjung, 大澤 月穂, 森 祥子, 野村 薫, 西山 賢一, 島本 啓子
  • 学会等名: 日本糖質学会
• [学会発表] 大腸菌糖脂質の希少性、不均一性に化学合成で挑む (2022)
  • 著者名/発表者名: 藤川 紘樹
  • 学会等名: 日本糖質学会
  • 招待講演
• [備考] サントリー生命科学財団 業績リスト
  • URL: https://www.sunbor.or.jp/rd/result/