SAIL-FLYA NMR法による蛋白質全自動構造解析の応用と拡張、及び普及

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21370045
• 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: 首都大学東京
• 研究代表者: ペーター ギュンタート 首都大学東京, 理工学研究科, 特任教授 (20392110)
• 研究分担者: 池 俊求 首都大学東京, 戦略研究センター, 准教授 (50381554)
• 連携研究者: 甲斐荘 正恒 名古屋大学, 大学院・理学研究科構造生物学センター, GCOE特別招へい教授 (20137029)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: NMR, SAIL法 / 自動帰属 / 構造計算

研究概要

本研究課題の結果、SAIL-NMR法を用いて膜内在性蛋白質プロテオロドプシンの構造決定に成功した[Angew. Chem. Int. Ed. 50, 11942-11946(2011)]。本成果は, 7回膜貫通ヘリックスからなる膜蛋白質の初のNMR構造決定の例である。Cell-freeシステムを用いて,一方のプロキラルメチル基のみ観測可能な改良SAILアミノ酸LeuとValを導入することで,ピークの重なりを大幅に低減させた。これにより,すべてのValと60%のLeuの側鎖帰属を可能にしたことから、より多くのNOE距離情報を得ることができ,常磁性緩和効果と組み合わせたことで、CYANAによる構造決定の成功につながった。
NOESYスペクトルのみを用いた新規構造決定手法であるNOESY-FLYA法の成果に関して論文発表した[J. Biomol. NMR. 50, 137-146(2011)]。本手法は, NOESY以外の他のどのスペクトルも用いずに,化学シフト帰属と,構造決定に必要な拘束情報を収得可能な点が際立った特徴である。この手法をSAILユビキチンに適用させ,高精度の構造解析に成功した.構造計算により得た複数構造中で,類似構造領域を客観的指標により自動で識別,構造を重ね合わせるアルゴリズムCYRANGE[BMC Bioinformatics 12, 170(2011)]と二面角空間内で単一構造と複数構造を同時表現する手法[J. Biomol. NMR 52, 351-364(2012)]を開発した。
また, NMRデータのみから自動構造決定する方法論を競うCASD-NMRプロジェクトにCYANAで参加し,他のソフトウェアに対するCYANAの性能の優位性を示すことができた[Structure 20, 227-236(2012)]。

研究成果

• [雑誌論文] Solution structure of the Splicing Factor Motif(SFM) of the human Prp18 protein (2012)
  • 著者名/発表者名: He, F., Inoue, M., Kigawa, T., Takahashi, M., Kuwasako, K., Tsuda, K., Kobayashi, N., Terada, T., Shirouzu, M., Tanaka, A., Sugano, S., Guntert, P., Yokoyama, S. & Muto, Y.
  • 雑誌名: Proteins 巻: 80 ページ: 968-974
• [雑誌論文] Simultaneous single-structure and bundle representation of prote in NMR structures in torsion angle space (2012)
  • 著者名/発表者名: Gottstein, D., Kirchner, D. K. & Guntert, P.
  • 雑誌名: J. Biomol 巻: 52 ページ: 351-364
• [雑誌論文] Protein structure validation by generalized linear model RMSD prediction (2012)
  • 著者名/発表者名: Bagaria, A., Jaravine, V., Huang, Y. J., Montelione, G. T. & Guntert, P.
  • 雑誌名: Protein Sci 巻: 21 ページ: 229-238
• [雑誌論文] Blind testing of routine, fully automated determination of protein structures from NMR data (2012)
  • 著者名/発表者名: Rosato, A., Aramini, J. M., Arrowsmith, C., Bagaria, A., Baker, D., Cavalli, A., Doreleijers, J. F., Eletsky, A., Giachetti, A., Guerry, P., Gutmanas, A., Guntert, P., He. Y. F., Herrmann, T., Huang, Y. J., Jaravine, V., Jonker, H. R. A., Kennedy, M. A.
  • 雑誌名: Structure 巻: 20 ページ: 227-236
• [雑誌論文] Optimization of amino acid type-specific 13C and 15N labeling for the backbone assignment of membrane proteins by solution-and solid-state NMR with the UPLABEL algorithm (2011)
  • 著者名/発表者名: Hefke, F., Bagaria, A., Reckel, S., Ullrich, S. J., Dotsch, V., Glaubitz, C. & Guntert, P.
  • 雑誌名: J. Biomol. NMR 巻: 49 ページ: 75-84
• [雑誌論文] Solution NMR structure of proteorhodopsin (2011)
  • 著者名/発表者名: Reckel, S., Gottstein, D., Stehle, J., Lohr, F., Verhoefen, M. K., Takeda, M., Silvers, R., Kainosho, M., Glaubitz, C., Guntert, P. & Dotsch, V.
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed 巻: 50 ページ: 11942-11946
• [雑誌論文] Exclusively NOESY-based automated NMR assignment and structure determination of proteins (2011)
  • 著者名/発表者名: Ikeya, T., Jee. J. G., Shigemitsu, Y., Hamatsu, J., Mishima, M., Ito, Y., Kainosho, M. & Guntert, P.
  • 雑誌名: J. Biomol. NMR 巻: 50 ページ: 137-146
• [雑誌論文] Determination of optimal residue ranges for the superposition of protein structures (2011)
  • 著者名/発表者名: Kirchner, D. K. & Guntert, P.
  • 雑誌名: BMC Bioinformatics 巻: 12 ページ: 170
• [雑誌論文] Structural basis for the dual RNA-recognition modes of human Tra2-βRRM. Nucl (2011)
  • 著者名/発表者名: Tsuda, K., Someya, T., Kuwasako, K., Takahashi, M., Fahu, H., Inoue, M., Harada, T., Watanabe, S., Terada, T., Kobayashi, N., Shirouzu, M., Kigawa, T., Tanaka, A., Sugano, S., Guntert, P., Yokoyama, S. & Muto, Y.
  • 雑誌名: Acids Res 巻: 39 ページ: 1538-1553
• [雑誌論文] Structures of the first and second double-stranded RNA-binding domains of human TAR RNA-binding protein (2011)
  • 著者名/発表者名: Yamashita, S., Nagata, T., Kawazoe, M., Takemoto, C., Kigawa, T., Guntert, P., Kobayashi, N., Terada, T., Shirouzu, M., Wakiyama, M., Muto, Y. & Yokoyama, S.
  • 雑誌名: Protein Sci 巻: 20 ページ: 118-130
• [雑誌論文] Structural investigation of the C-terminal catalytic fragment of presenilin-1 (2010)
  • 著者名/発表者名: Sobhanifar, S., Schneider, B., Lohr, F., Gottstein, D., Ikeya, T., Mlynarczyk, K., Pulawski, W., Ghoshdastider, U., Kolinski, M., Filipek, S., Guntert, P., Bernhard, F. & Dotsch, V.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 107 ページ: 9644-9649
• [雑誌論文] NMR protein structure determination in living E. coli cells using nonlinear sampling (2010)
  • 著者名/発表者名: Ikeya, T., Sasaki, A., Sakakibara, D., Shigemitsu, Y., Hamatsu, J., Hanashima, T., Mishima, M., Yoshimasu, M., Hayashi, N., Mikawa, T., Nietlispach, D., Walchli, M., Smith, B. O., Shirakawa, M., Guntert, P. & Ito, Y.
  • 雑誌名: Nature Protocols 巻: 5 ページ: 1051-1060
• [雑誌論文] Solution structure of polytheonamide B, a highly cytotoxic non-ribosomal polypeptide from marine sponge (2010)
  • 著者名/発表者名: Hamada, T., Matsunaga, S., Fujiwara, M., Fujita, K., Hirota, H., Schmucki, R., Guntert, P., Fusetani, N.
  • 雑誌名: J. Am. Chem. Soc 巻: 132 ページ: 12941-12945
• [雑誌論文] Structural insight into the zinc finger CW domain as a novel histone modification reader (2010)
  • 著者名/発表者名: He, F., Umehara, T., Inoue, M., Harada, T., Watanabe, S., Kigawa, T, Takahashi, M., Kuwasako, K., Tsuda, K., Matsuda, T., Aoki, M., Seki, E., Kobayashi, N., Tanaka, A., Sugano, S., Guntert, P., Muto, Y. & Yokoyama, S.
  • 雑誌名: Structure 巻: 18 ページ: 1127-1139
• [雑誌論文] Solution structure of the mitochondrial protein ICT1 that is essential for cell vitality (2010)
  • 著者名/発表者名: Handa, Y., Hikawa, Y., Tochio, N., Kogure, H., Inoue, M., Koshiba, S., Guntert, P., Inoue, Y., Kigawa, T., Yokoyama, S. & Nameki, N.
  • 雑誌名: J. Mol. Biol 巻: 404 ページ: 260-273
• [雑誌論文] Automated NMR structure determination of stereo-array isotope labeled ubiquitin from minimal sets of spectra using the SAIL-FLYA system (2009)
  • 著者名/発表者名: Ikeya, T., Takeda, M., Yoshida, H., Terauchi, T., Jee, J., Kainosho, M. & Guntert, P.
  • 雑誌名: J. Biomol. 巻: 44 ページ: 261-272
• [雑誌論文] Conformational stability and activity of p73 require a second helix in the tetramerization domain (2009)
  • 著者名/発表者名: Coutandin, D., Lohr, F., Niesen, F. H., Ikeya, T., Weber, T. A., Schafer, B., Bullock, A. N., Yang, A., Guntert, P., Knapp, S., McKeon, F., Der Ou, H. & Dotsch, V.
  • 雑誌名: Cell Death Diff 巻: 16 ページ: 1582-1589
• [雑誌論文] Structure of the Cdt1 C-terminal domain : Conservation of the winged helix fold in replication licensing factors (2009)
  • 著者名/発表者名: Khayrutdinov, B. I., Bae, W. J., Yun, Y. M., Lee, J. H., Tsuyama, T., Kim, J. J., Hwang, E., Ryu, K. S., Cheong, H. K., Cheong, C., Ko, J. S., Enomoto, T., Karplus, P. A., Guntert, P., Tada, S., Jeon, Y. H., Cho, Y.
  • 雑誌名: Prot. Sci 巻: 18 ページ: 2252-2264
• [雑誌論文] A. M. J. J. CASD-NMR : a rolling experiment for the critical assessment of automated structure determination of proteins from NMR data (2009)
  • 著者名/発表者名: Rosato, A., Bagaria, A., Baker, D., Bardiaux, B., Cavalli, A., Doreleijers, J. F., Giachetti, A., Guerry, P., Guntert, P., Herrmann, T., Huang, Y. J., Jonker, H. R. A., Mao, B., Malliavin, T. E., Montelione, G. T., Nilges, M., Raman, S., van der Schot, G.
  • 雑誌名: Nature Methods 巻: 6 ページ: 625-626
• [雑誌論文] Structural basis for the sequence specific RNA-recognition mechanism of human CUG-BP1 RRM3 (2009)
  • 著者名/発表者名: Tsuda, K., Kuwasako, K., Takahashi, M., Someya, T., Inoue, M., Terada, T., Kobayashi, N., Shirouzu, M., Kigawa, T., Tanaka, A., Sugano, S., Guntert, P., Muto, Y. & Yokoyama, S.
  • 雑誌名: Nucl. Acids Res 巻: 37 ページ: 5151-5166
• [雑誌論文] SAIL-Stereo-array isotope labeling (2009)
  • 著者名/発表者名: Kainosho, M. & Guntert, P.
  • 雑誌名: Q. Rev. Biophys 巻: 42 ページ: 247-300