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2012 年度 実施状況報告書

常磁性金属修飾糖鎖を用いた過渡的相互作用の動的観察

研究課題

研究課題/領域番号 24750170
研究種目

若手研究(B)

研究機関分子科学研究所

研究代表者

山口 拓実  分子科学研究所, 生命・錯体分子科学研究領域, 助教 (60522430)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
キーワード糖鎖 / NMR / 常磁性 / 立体構造解析 / ダイナミクス
研究概要

常磁性NMRによる糖鎖の立体構造解明: 本研究では、生体内で重要な役割を果たしている弱い相互作用の担い手として糖鎖に着目し、常磁性タグ修飾を施した糖鎖を応用することで、糖鎖の立体構造、ダイナミクス、相互作用様式を系統的に明らかにすることを試みている。平成24年度では、遺伝子改変酵母を用いて糖タンパク質上に均一に発現させた高マンノース型糖鎖M9に関して、その分離・精製条件、および化学修飾のための反応条件を最適化し、高効率に常磁性プローブを付与する手法を確立した。これにより、M9糖鎖の還元末端にニトロキシルラジカルやランタニドプローブを選択的に導入することに成功した。こうして得られたM9について1Hの緩和時間測定を実施し、各マンノース残基の空間配置に関する情報を反映した常磁性緩和促進効果を観測した。解析の結果、3本の分岐鎖のコンフォメーションは有意に異なっており、一部の枝を還元末端側に向けたフォールドバック構造を取り得ることが示された。一方、神経細胞膜上に豊富に存在する糖脂質ガングリオシドについても研究を展開し、各種ガングリオシドへランタニドイオンを用いた常磁性プローブを導入する手法を確立した。さらに、得られたガングリオシドをリン脂質ミセルやバイセルなどへと組み込み、多次元NMR計測によって擬コンタクトシフトや緩和促進などの常磁性効果を観測することで、脂質膜モデル中における糖脂質の構造情報を取得する手法を確立した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

本研究では、分子間の弱い相互作用による過渡的な複合体形成機構の分子科学的基盤を明らかにするための、新規方法論の確立を目的としている。糖鎖の過渡的相互作用に関する精緻な情報を得るためには、水溶液中で揺らいでいる糖鎖の動的な観察が必要である。これまでの研究の進展により、細胞内の糖タンパク質の品質管理機構に関わる高マンノース型糖鎖や、細胞間コミュニケーションに関与する各種ガングリオシドを対象とし、常磁性NMR解析を通じてそれらのコンフォメーションのダイナミクスを定量的に捉える道筋を確立することができた。引き続き、糖鎖の安定同位体標識技術と組み合わせることによって、一連の糖鎖の3次元構造の揺らぎの評価を系統的に実施することが可能となると考えている。以上のように、研究はおおむね順調に進展している。

今後の研究の推進方策

常磁性タグ修飾と安定同位体標識法を活用し、糖鎖のダイナミクスに迫る。前年度までに確立した手法に加え、より多くの情報を収集するために安定同位体標識を施した糖鎖を応用する。安定同位体標識されたグルコースを含む培地で酵母を培養することによって、標識化された高マンノース型糖鎖を調製する。また、酵素反応や有機化学手法を駆使して安定同位体標識化糖を合成する。こうして得られた試料へ常磁性プローブを導入し、超高磁場NMR装置を活用した各種常磁性効果の精密測定を実施する。これら一連の測定データと分子動力学計算とを組み合わせ、糖鎖のダイナミクスを定量的に解析する。

次年度の研究費の使用計画

該当なし

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2013 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (15件) (うち招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Ganglioside-embedding small bicelles for probing membrane-landing processes of intrinsically disordered proteins2013

    • 著者名/発表者名
      Takumi Yamaguchi, Tsuyoshi Uno, Yoshinori Uekusa, Maho Yagi-Utsumi, and Koichi Kato
    • 雑誌名

      Chem. Commun.

      巻: 49 ページ: 1235-1237

    • DOI

      10.1039/C2CC38016A

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Application of metabolic 13C labeling in conjunction with high-field NMR spectroscopy for comparative conformational analysis of high mannose-type oligosaccharides2013

    • 著者名/発表者名
      Yukiko Kamiya, Kotaro Yanagi, Toshihiko Kitajima, Takumi Yamaguchi, Yasunori Chiba, and Koichi Kato
    • 雑誌名

      Biomolecules

      巻: 3 ページ: 108-123

    • DOI

      10.3390/biom3010108

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Terminal spin labeling of a high-mannose-type oligosaccharide for quantitative NMR analysis of its dynamic conformation2013

    • 著者名/発表者名
      Takumi Yamaguchi, Yukiko Kamiya, Yeun-Mun Choo, Sayoko Yamamoto, and Koichi Kato
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 42 ページ: 544-546

    • DOI

      10.1246/cl.2013.544

    • 査読あり
  • [学会発表] 常磁性NMR分光法と分子動力学計算を組み合わせた糖鎖の動的立体構造解析

    • 著者名/発表者名
      山口拓実,Zhang Ying,山本さよこ,加藤晃一
    • 学会等名
      第39回生体分子科学討論会
    • 発表場所
      東北大学(宮城)
  • [学会発表] NMRを用いた糖鎖の動的立体構造解析

    • 著者名/発表者名
      山口拓実
    • 学会等名
      分子研若手の会
    • 発表場所
      分子科学研究所(愛知)
    • 招待講演
  • [学会発表] Oligosaccharide conformational dynamics analyses by using PCS in conjunction with MD simulation

    • 著者名/発表者名
      Ying Zhang, Takumi Yamaguchi, Sayoko Yamamoto, Koichi Kato
    • 学会等名
      26 International Carbohydrate Symposium
    • 発表場所
      Madrid (Spain)
  • [学会発表] 分子動力学計算と常磁性NMR法による糖鎖の立体構造揺らぎの評価

    • 著者名/発表者名
      山口拓実,Zhang Ying,山本さよこ,亀田倫史,加藤晃一
    • 学会等名
      新学術領域「揺らぎと生体機能」「水和とATP」合同公開シンポジウム「ゆらぎと水-生命のエネルギーと分子機構を探る」
    • 発表場所
      大阪ガーデンパレス(大阪)
  • [学会発表] 常磁性NMR法による糖鎖の動的立体構造解析

    • 著者名/発表者名
      山口拓実,Zhang Ying,山本さよこ,亀田倫史,Erdelyi Mate,Griesinger Christian,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)
  • [学会発表] Paramagnetic-assisted NMR analyses of conformational dynamics of gangliosides

    • 著者名/発表者名
      Ying Zhang, Takumi Yamaguchi, Sayoko Yamamoto, Yoshinori Uekusa and Koichi Kato
    • 学会等名
      4th Asian Communications of Glycobiology and Glycotechnology (ACGG 2012 Conference)
    • 発表場所
      Jeju (Korea)
  • [学会発表] Comparative conformational analysis of high-mannose-type oligosaccharides using high-field NMR spectroscopy combined with 13C-labeling technique

    • 著者名/発表者名
      Kotaro Yanagi, Yukiko Kamiya, Toshihiko Kitajima, Takumi Yamaguchi, Yasunori Chiba and Koichi Kato
    • 学会等名
      4th Asian Communications of Glycobiology and Glycotechnology (ACGG 2012 Conference)
    • 発表場所
      Jeju (Korea)
  • [学会発表] 常磁性効果を応用した糖鎖の動的立体構造解析

    • 著者名/発表者名
      山口拓実,Zhang Ying,山本さよこ,亀田倫史,加藤晃一
    • 学会等名
      第51回 NMR討論会
    • 発表場所
      ウインクあいち(愛知)
  • [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(京都)
  • [学会発表] NMR spectroscopic approaches to the conformational dynamics of oligosaccharides by paramagnetic tagging

    • 著者名/発表者名
      Takumi Yamaguchi, Ying Zhang, Koichi Kato
    • 学会等名
      The First International Symposium on Biofunctional Chemistry
    • 発表場所
      東工大蔵前会館(東京)
  • [学会発表] Conformations, dynamics, and interactions of sugar chains as studied by NMR spectroscopy

    • 著者名/発表者名
      Yoshinori Uekusa, Ying Zhang, Kotaro Yanagi, Takumi Yamaguchi, Koichi Kato
    • 学会等名
      The 6th International Symposium, Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
    • 発表場所
      京都テルサ(京都)
  • [学会発表] Characterization of conformational dynamics of branched oligosaccharides by using paramagnetic NMR techniques

    • 著者名/発表者名
      Ying Zhang, Takumi Yamaguchi, Sayoko Yamamoto, Koichi Kato
    • 学会等名
      9th SOKENDAI Student Seminar (Life Science Retreat 2012)
    • 発表場所
      ヤマハリゾートつま恋(静岡)
  • [学会発表] Comparative conformational analysis of high-mannose-type oligosaccharides using high-field NMR spectroscopy combined with 13C-labeling technique

    • 著者名/発表者名
      Kotaro Yanagi, Yukiko Kamiya, Toshihiko Kitajima, Takumi Yamaguchi, Yasunori Chiba, Koichi Kato
    • 学会等名
      Sokendai Asian Winter School "Frontiers in Photo-Molecular Science"
    • 発表場所
      岡崎コンファレンスセンター(愛知)
  • [学会発表] Paramagnetic Lanthanide-tagging for NMR Conformational Characterization of Glycolipids

    • 著者名/発表者名
      Takumi Yamaguchi, Ying Zhang, Koichi Kato
    • 学会等名
      Pure and Applied Chemistry International Conference 2013 (PACCON 2013)
    • 発表場所
      Chon Buri (Thailand)
  • [学会発表] NMR approaches to the molecular basis of oligosaccharide functions

    • 著者名/発表者名
      Takumi Yamaguchi, Koichi Kato
    • 学会等名
      2013 Asian Core Winter School
    • 発表場所
      Busan (Korea)
    • 招待講演

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公開日: 2014-07-24  

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