HDL型脂質膜ディスクによる膜タンパク質配向制御技術の開発

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25670014
• 研究機関: 徳島大学
• 研究代表者: 斎藤 博幸 徳島大学, ヘルスバイオサイエンス研究部, 教授 (60300919)
• 研究分担者: 馬場 照彦 独立行政法人産業技術総合研究所, 幹細胞工学研究センター, 研究員 (40357794) ; 長尾 耕治郎 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (40587325) [辞退]
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 高密度リポタンパク質 / アポA-I / 脂質膜ディスク / ペプチド / 再構成 / 膜タンパク質

研究実績の概要

本研究課題では、血漿中での高密度リポタンパク質（HDL）形成・構造維持を担うアポリポタンパク質A-I（アポA-I）が、各種脂質と均一サイズの開放構造を有する脂質膜ディスクを人工的に形成することに着目し、１．アポA-Iの人工的改変によるディスクサイズ制御や構造安定性に優れた高機能化ディスク膜骨格タンパク質の創製、２．安定人工脂質やディスク形成ペプチドの設計などの新たな脂質膜ディスク構成材料・方法論の開発、３．膜タンパク質を脂質膜ディスクへ再構成・配向制御するための方法論の開発、を通して、バイオセンサ・バイオリアクタ利用や１分子レベル構造機能解析に有用な新規HDL型膜ディスク/膜タンパク質再構成系の開発を目指している。
平成26年度は、
１．分子内の様々な領域を欠損したアポA-I変異体の脂質膜ディスク形成能を比較評価することで、アポA-IのHDL型ディスク形成に関わる物理化学的原理構築を行い、アポA-Iのへリックス構造形成性が微小膜環境を提供する膜ディスクの脂質保持能を制御していることが明らかとなった。
２．アポA-Iの高脂質親和性領域を模倣したナノディスク形成ペプチド（Nanodisc Scaffold Peptide, NSP）を新たに開発し、目的膜タンパク質をナノサイズの微小脂質膜環境に直接再構成するためのツールとして有用であることを示した。
３．膜ディスクの固定化・配向制御を目的として、His-tagやbiotin残基を導入した改変アポA-Iによる脂質膜ディスクの作成とセンサーチップ上への固定化・バイオレイヤー干渉法による反応性の評価を行い、特にbiotin導入アポA-Iが固定化ツールとして有用であることが示された。

研究成果

• [雑誌論文] Kinetic and Thermodynamic Analyses of Spontaneous Exchange between High Density Lipoprotein-Bound and Lipid-Free Apolipoprotein A-I (2015)
  • 著者名/発表者名: Handa, D., Kimura, H., Oka, T., Takechi, Y., Okuhira, K., Phillips, M. C., and Saito, H.
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 54 ページ: 1123-1131
  • DOI: 10.1021/bi501345j
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Direct Detection of ABCA1-dependent HDL Formation Based on Lipidation-induced Hydrophobicity Change in ApoA-I (2014)
  • 著者名/発表者名: Omura, R., Nagao, K., Kobayashi, N., Ueda, K., and Saito, H.
  • 雑誌名: J. Lipid Res. 巻: 55 ページ: 2423-2431
  • DOI: 10.1194/jlr.D049445
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Influence of Domain Stability on the Properties of Human Apolipoprotein E3 and E4 and Mouse Apolipoprotein E (2014)
  • 著者名/発表者名: Nguyen, D., Dhanasekaran, P., Nickel, M., Mizuguchi, C., Watanabe, M., Saito, H., Phillips, M. C., and Lund-Katz, S.
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 53 ページ: 4025-4033
  • DOI: 10.1021/bi500340z
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Fluorescence Study of Domain Structure and Lipid Interaction of Human Apolipoproteins E3 and E4. (2014)
  • 著者名/発表者名: Mizuguchi, C., Hata, M., Dhanasekaran, P., Nickel, M., Phillips, M. C., Lund-Katz, S., and Saito, H.
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta-Mol. Cell Biol. Lipids 巻: 1841 ページ: 1716-1724
  • DOI: 10.1016/j.bbalip.2014.09.019
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] バイオレイヤー干渉法を用いた人工HDL粒子と抗apoA-I抗体との相互作用評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 木村仁，原矢佑樹，小林典裕，斎藤博幸
  • 学会等名: 日本薬学会第135年会
  • 発表場所: 神戸サンボーホール（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2015-03-26 – 2015-03-28
• [学会発表] 環境感受性蛍光プローブ標識アポA-Iを利用した新規HDL形成検出法の開発 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大村理紗，長尾耕治郎，斎藤博幸
  • 学会等名: 第36回生体膜と薬物の相互作用シンポジウム
  • 発表場所: 徳島大学蔵本キャンパス（徳島県徳島市）
  • 年月日: 2014-11-20 – 2014-11-21
• [学会発表] HDLアポA-Iの自発的交換反応に関する速度論的・熱力学的解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 半田大祐，岡辰也，武知佑樹，奥平桂一郎，斎藤博幸
  • 学会等名: 第36回生体膜と薬物の相互作用シンポジウム
  • 発表場所: 徳島大学蔵本キャンパス（徳島県徳島市）
  • 年月日: 2014-11-20 – 2014-11-21
• [学会発表] ApoA-I欠損変異体を用いたナノディスクの作製及び物性評価 (2014)
  • 著者名/発表者名: 新村 航，假屋園大和，奥平桂一郎，斎藤博幸
  • 学会等名: 第36回生体膜と薬物の相互作用シンポジウム
  • 発表場所: 徳島大学蔵本キャンパス（徳島県徳島市）
  • 年月日: 2014-11-20 – 2014-11-21
• [学会発表] DESIGN OF NANODISC SCAFFOLD PEPTIDE (NSP) (2014)
  • 著者名/発表者名: 假屋園大和, 新村航，辻耕平，重永章，大高章，斎藤博幸
  • 学会等名: 第51回ペプチド討論会
  • 発表場所: 徳島大学蔵本キャンパス（徳島県徳島市）
  • 年月日: 2014-10-22 – 2014-10-24