アミロイド線維末端の特異構造の解明に基づく線維伸長メカニズムの理解

2012 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 23870043
• 研究機関: 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設)
• 研究代表者: 矢木 真穂 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設), 岡崎統合バイオサイエンスセンター, 特任助教 (40608999)
• 研究期間 (年度): 2011-08-24 – 2013-03-31
• キーワード: アミロイド / アルツハイマー病 / NMR

研究概要

本研究の目的は、アミロイド線維末端における特異構造を原子レベルの分解能で解明することにより、アミロイド線維形成メカニズムを理解することである。アミロイドβ(Aβ)をはじめとするアミロイド線維の形成過程は多段階からなっており、Aβの線維伸長反応は線維末端の特異構造の触媒的な作用により、モノマーAβが順次取り込まれることによって進行すると考えられる。しかしながら、これまでに線維伸長を誘起する分子間相互作用の実体を分子構造論の観点から捉えた研究例はない。それは、アミロイド線維末端は動的でかつ不安定な過渡的中間体としての性質を有しており、その構造を安定にとどめることはこれまで不可能であったためである。そこで、申請者は線維伸長の末端に現れる特異構造を保持しつつ線維伸長を抑止する実験系をデザインすることができれば、その精密な構造情報を得ることができると考えた。
本年度は、そのような特異な末端構造を安定化する方法として、分子シャペロンやモデル糖脂質膜を用い、チオフラビンTアッセイおよびNMR計測をはじめとする分光学的計測を実施した。その結果、分子シャペロンGroELや特定のガングリオシドを組み込んだ脂質2重膜上において、Aβの線維伸長が抑制されることが判明した。さらに、一定の計測時間中、その結合状態を安定にとどめることが可能となり、両者の相互作用様式をNMR法を用いて捉えることができた。また、Aβを連結した小型かつ均一なタンデムAβ線維断片を作製し、NMR解析を行った結果、タンデムAβは溶液中で二量体を形成していることが判明した。

現在までの達成度 (区分)

理由

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Nuclear magnetic resonance approaches for characterizing interactions between the bacterial chaperonin GroEL and unstructured proteins. (2013)
  • 著者名/発表者名: Noritaka Nishida, Maho Yagi-Utsumi, Fumihiro Motojima, Masasuke Yoshida, Ichio Shimada, Koichi Kato
  • 雑誌名: J. Biosci. Bioeng. 巻: (in press)
  • DOI: DOI: pii: S1389-1723(13)00054-6. 10.1016/j.jbiosc.2013.02.012.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ganglioside-embedding small bicelles for probing membrane-landing processes of intrinsically disordered proteins. (2013)
  • 著者名/発表者名: Takumi Yamaguchi, Tsuyoshi Uno, Yoshinori Uekusa, Maho Yagi-Utsumi, Koichi Kato.
  • 雑誌名: Chem. Commun 巻: 49 ページ: 1235-1237
  • DOI: DOI: 10.1039/c2cc38016a.
  • 査読あり
• [雑誌論文] NMR characterization of the interaction of GroEL with amyloid β as a model ligand (2013)
  • 著者名/発表者名: Yagi-Utsumi, M., Kunihara, T., Nakamura, T., Uekusa, Y., Makabe, K., Kuwajima, K. and Kato, K.
  • 雑誌名: FEBS Lett. 巻: - ページ: in press
  • DOI: pii: S0014-5793(13)00292-5. 10.1016/j.febslet.2013.04.007.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural and functional mosaic nature of MHC class I molecules in their peptide-free form. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kurimoto E, Kuroki K, Yamaguchi Y, Yagi-Utsumi M, Igaki T, Iguchi T, Maenaka K, Kato K.
  • 雑誌名: Mol. Immunol. 巻: 55 ページ: 393-399
  • DOI: pii: S0161-5890(13)00109-0. 10.1016/j.molimm.2013.03.014.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solution Structure of the Q41N Variant of Ubiquitin as a Model for the Alternatively Folded N2 State of Ubiquitin. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kitazawa S, Kameda T, Yagi-Utsumi M, Sugase K, Baxter NJ, Kato K, Williamson MP, Kitahara R.
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 52 ページ: 1874-1885
  • DOI: 10.1021/bi301420m.
  • 査読あり
• [雑誌論文] The use of spin desalting columns in DMSO-quenched H/D-exchange NMR experiments. (2013)
  • 著者名/発表者名: Chandak MS, Nakamura T, Takenaka T, Chaudhuri TK, Yagi-Utsumi M, Chen J, Kato K, Kuwajima K.
  • 雑誌名: Protein Sci. 巻: 22 ページ: 486-491
  • DOI: 10.1002/pro.2221.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Stable isotope-assisted NMR characterization of interaction between lipid A and sarcotoxin IA, a cecropin-type antibacterial peptide. (2013)
  • 著者名/発表者名: Yagi-Utsumi M, Yamaguchi Y, Boonsri P, Iguchi T, Okemoto K, Natori S, Kato K.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 巻: 431 ページ: 136-140
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2013.01.009.
  • 査読あり
• [雑誌論文] 超高磁場NMRを用いた糖脂質クラスター上におけるAβの構造研究 (2013)
  • 著者名/発表者名: 矢木 真穂
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 53 ページ: 32-33
• [雑誌論文] NMR and mutational identification of the collagen-binding site of the chaperone Hsp47. (2012)
  • 著者名/発表者名: Maho Yagi-Utsumi, Sumi Yoshikawa, Yoshiki Yamaguchi, Yohei Nishi, Eiji Kurimoto, Yoshihito Ishida, Takayuki Homma, Jun Hoseki, Yoshimi Nishikawa, Takaki Koide, Kazuhiro Nagata, Koichi Kato.
  • 雑誌名: PLoS One 巻: 7 ページ: e45930
  • DOI: DOI: 10.1371/journal.pone.0045930.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protein encapsulation within synthetic molecular hosts. (2012)
  • 著者名/発表者名: Fujita D, Suzuki K, Sato S, Yagi-Utsumi M, Yamaguchi Y, Mizuno N, Kumasaka T, Takata M, Noda M, Uchiyama S, Kato K, Fujita M.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 3 ページ: 1093
  • DOI: 10.1038/ncomms2093.
  • 査読あり
• [雑誌論文] A non-canonical UBA-UBL interaction forms the linear-ubiquitin-chain assembly complex. (2012)
  • 著者名/発表者名: Yagi H, Ishimoto K, Hiromoto T, Fujita H, Mizushima T, Uekusa Y, Yagi-Utsumi M, Kurimoto E, Noda M, Uchiyama S, Tokunaga F, Iwai K, Kato K.
  • 雑誌名: EMBO Rep. 巻: 13 ページ: 462-468
  • DOI: 10.1038/embor.2012.24.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expression and purification of isotopicaly labeled amyloid β as ubiquitin-fused protein in E. coli. (2012)
  • 著者名/発表者名: Maho Yagi-Utsumi
  • 雑誌名: Protein Science Society of Japan Archives 巻: 5 ページ: e065
  • 査読あり
• [学会発表] NMR approaches for characterizing molecular recognition process of intrinsically disordered proteins
  • 著者名/発表者名: M. Yagi-Utsumi, T. Yamaguchi, Y. Uekusa, and K. Kato
  • 学会等名: Fifth Korea-Japan Seminars on Biomolecular Sciences: Experiments and Simulations
  • 発表場所: High1 Resort (Korea)
  • 招待講演
• [学会発表] NMR spectroscopic characterization of the pathogenic interaction of amyloid β peptide with GM1 clusters
  • 著者名/発表者名: Maho Yagi-Utsumi, Koichi Kato
  • 学会等名: Pure and Applied Chemistry International Conference 2013 (PACCON 2013)
  • 発表場所: Bangsaen Beach（Thailand）
• [学会発表] NMR法による神経変性疾患関連タンパク質とガングリオシドクラスターとの相互作用解析
  • 著者名/発表者名: 矢木真穂、山口拓実、植草義徳、加藤晃一
  • 学会等名: 第34回生体膜と薬物の相互作用シンポジウム
  • 発表場所: 京都大学薬学部（京都）
• [学会発表] NMR Analyses of the Conformational Transition of the Antibacterial Peptide Sarcotoxin IA Interacting with Lipid A
  • 著者名/発表者名: Maho Yagi-Utsumi, Pornthip Boonsri, Yoshiki Yamaguchi, and Koichi Kato
  • 学会等名: 4th Asian Communications of Glycobiology and Glycotechnology (ACGG 4th Conference)
  • 発表場所: ICC JEJU (Korea)
• [学会発表] アミロイドβの構造転移と分子間相互作用
  • 著者名/発表者名: 矢木真穂
  • 学会等名: 大阪大学蛋白質研究所セミナー・包括脳ネットワーク研究会「第3回神経科学と構造生物学の融合研究会」
  • 発表場所: 大阪大学蛋白質研究所（大阪）
  • 招待講演
• [学会発表] NMR法を用いたザルコトキシンIAとリピドAとの相互作用解析
  • 著者名/発表者名: 矢木真穂、Pornthip Boonsri、山口芳樹、加藤晃一
  • 学会等名: 第31回日本糖質学会年会
  • 発表場所: 鹿児島市民文化ホール（鹿児島）