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2014 年度 実績報告書

ドメインスワッピングを利用したタンパク質の超分子化技術の開発と機能化

研究課題

研究課題/領域番号 26288080
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

廣田 俊  奈良先端科学技術大学院大学, 物質創成科学研究科, 教授 (90283457)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2017-03-31
キーワード蛋白質 / 超分子化学 / 生体分子 / ナノバイオ / 多量体 / 立体構造
研究実績の概要

ウマシトクロムc(cyt c)はエタノールで処理すると、C末端領域のαへリックスを分子間で交換してドメインスワッピングする。本研究では、高イオン濃度下、ウマcyt cを高タンパク質濃度で酸性モルテングロビュール状態から中性状態へフォールディングさせると、多量体が形成することを見出した。得られた2量体は、C末端αヘリックスをプロトマー間で交換し、これまでに報告した2量体と同じドメインスワップ構造を有していた。125 mM ClO4-を含む酸性溶液中のcyt cモルテングロビュール状態では、cyt c分子の約25%がお互いに相互作用し、凝集していることがX線小角散乱測定により示唆された。一方、cyt cを125 mM ClO4-を含む酸性モルテングロビュール状態から中性状態へフォールディングさせると、cyt c分子の約11%がドメインスワップ2量体として得られた。これらの結果は、cyt cのモルテングロビュール状態での凝集体が一定の割合でドメインスワップ多量体に折れ畳まることを示しており、ドメインスワップした多量体を形成するための相互作用はモルテングロビュール状態で既に存在することが示唆された。
ミオグロビン(Mb)がアルコール添加により分子間で同じ構造領域をドメインスワッピングして二量体を形成することを利用し、Mbの分子表面を精密設計することにより、異なる2つのヘム活性部位を有する人工Mb二量体を作製することに初めて成功した。さらに、Mb 2量体の一酸化炭素結合挙動を明らかにした。Mbの単量体と2量体で、活性部位構造が類似していても、タンパク質構造の変化により一酸化炭素の結合特性が異なることが判明した。

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

ウマシトクロムc、緑膿菌由来シトクロムc551、超好熱菌由来シトクロムc555、ミオグロビンなどのドメインスワッピングに関連する論文が国際学術雑誌に8報掲載された。ミオグロビンのヘテロダイマー作製に関する研究成果は、ドイツの総合化学誌に掲載された。

今後の研究の推進方策

引き続き、他のタンパク質の多量体形成や細胞内でのドメインスワッピング、シトクロムcとリポソームの相互作用について調べる。

次年度使用額が生じた理由

オープンアクセス誌のPLoS ONEへの掲載決定が2015年2月25日にあり、その掲載料が4月以降になった。また、2015年3月26日に届いたProtein Science誌への掲載料のinvoiceの金額が間違っており、正しい金額でのinvoiceの再発行を出版者に要求したため、Protein Science誌への掲載料の支払いも翌年度になってしまった。

次年度使用額の使用計画

PLoS ONE誌及びProtein Science誌への掲載料に用いる。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (8件) (うち査読あり 8件、 謝辞記載あり 8件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (11件) (うち招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Rational Design of Heterodimeric Protein Using Domain Swapping for Myoglobin2015

    • 著者名/発表者名
      Y.-W. Lin, S. Nagao, M. Zhang, Y. Shomura, Y. Higuchi, S. Hirota,
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 54 ページ: 511-515

    • DOI

      10.1002/anie.201409267

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Change in Structure and Ligand Binding Properties of Hyperstable Cytochrome c555 from Aquifex aeolicus by Domain Swapping2015

    • 著者名/発表者名
      M. Yamanaka, S. Nagao, H. Komori, Y. Higuchi, S. Hirota
    • 雑誌名

      Protein Science

      巻: 24 ページ: 366-375

    • DOI

      10.1002/pro.2627

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Carbon Monoxide Binding Properties of Domain-Swapped Dimeric Myoglobin2015

    • 著者名/発表者名
      S. Nagao, H. Ishikawa, T. Yamada, Y. Mizutani, S. Hirota
    • 雑誌名

      Journal of Biological Inorganic Chemistry

      巻: 20 ページ: 523-530

    • DOI

      10.1007/s00775-014-1236-0

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Domain-Swapped Dimer of Pseudomonas aeruginosa Cytochrome c551: Structural Insights into Domain Swapping of Cytochrome c Family Proteins2015

    • 著者名/発表者名
      S. Nagao, M. Ueda, H. Osuka, H. Komori, H. Kamikubo, M. Kataoka, Y. Higuchi, S. Hirota
    • 雑誌名

      PLoS ONE

      巻: 10 ページ: e0123653

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0123653

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Formation of Domain-Swapped Oligomer of Cytochrome c from Its Molten Globule State Oligomer2014

    • 著者名/発表者名
      M. S. Deshpande, P. P. Parui, H. Kamikubo, M. Yamanaka, S. Nagao, H. Komori, M. Kataoka, Y. Higuchi, S. Hirota
    • 雑誌名

      Biochemistry

      巻: 53 ページ: 4696-4703

    • DOI

      10.1021/bi500497s

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Self-Oxidation of Cytochrome c at Methionine80 with Molecular Oxygen Induced by Cleavage of the Met-Heme Iron Bond2014

    • 著者名/発表者名
      Z. Wang, Y. Ando, A. D. Nugraheni, C. Ren, S. Nagao, S. Hirota
    • 雑誌名

      Molecular BioSystems

      巻: 10 ページ: 3130-3137

    • DOI

      10.1039/C4MB00285G

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] DNA Cleavage by Oxymyoglobin and Cysteine-Introduced Metmyoglobin2014

    • 著者名/発表者名
      M. S. Deshpande, S. Junedi, H. Prakash, S. Nagao, M. Yamanaka, S. Hirota
    • 雑誌名

      Chemical Communications

      巻: 50 ページ: 15034-15036

    • DOI

      10.1039/C4CC06617K

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Control of the Transition between Ni-C and Ni-SIa States by the Redox State of the Proximal Fe-S Cluster in the Catalytic Cycle of [NiFe] Hydrogenase2014

    • 著者名/発表者名
      H. Tai, K. Nishikawa, M. Suzuki, Y. Higuchi, S. Hirota
    • 雑誌名

      Angewandte Chemie International Edition

      巻: 53 ページ: 13817-13820

    • DOI

      10.1002/anie.201408552

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Crystal structure and function of a domain-swapped cytochrome cb562 dimer2015

    • 著者名/発表者名
      Takaaki Miyamoto, Mai Kuribayashi, Satoshi Nagao, Yasuhito Shomura, Yoshiki Higuchi, Shun Hirota
    • 学会等名
      95th Spring Conference of the Chemical Society of Japan
    • 発表場所
      Nihon University (Funabashi)
    • 年月日
      2015-03-29
  • [学会発表] Construction of high-order domain-swapped oligomers of Hydrogenobacter thermophilus cytochrome c552 by hinge loop mutation2015

    • 著者名/発表者名
      Chunguang Ren, Masaru Yamanaka, Satoshi Nagao, Shun Hirota
    • 学会等名
      95th Spring Conference of the Chemical Society of Japan
    • 発表場所
      Nihon University (Funabashi)
    • 年月日
      2015-03-29
  • [学会発表] Design and properties of domain-swapped dimeric myoglobin2015

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Nagao, Ying-Wu Lin, Haruto Ishikawa, Takuya Yamada, Mohan Zhang, Yasuhito Shomura, Yasuhisa Mizutani, Yoshiki Higuchi, Shun Hirota
    • 学会等名
      95th Spring Conference of the Chemical Society of Japan
    • 発表場所
      Nihon University (Funabashi)
    • 年月日
      2015-03-27
  • [学会発表] Formation of domain-swapped oligomer of Hydrogenobacter thermophiles cytochrome c552 in an expression system2015

    • 著者名/発表者名
      Yugo Hayashi, Satoshi Nagao, Masaru Yamanaka, Hirofumi Komori, Yoshiki Higuchi, Shun Hirota
    • 学会等名
      95th Spring Conference of the Chemical Society of Japan
    • 発表場所
      Nihon University (Funabashi)
    • 年月日
      2015-03-26
  • [学会発表] 緑膿菌由来シトクロムc551と好熱性水素細菌由来シトクロムc552のキメラタンパク質を用いたヘテロダイマーの構築2015

    • 著者名/発表者名
      中西司、山中優、廣田俊
    • 学会等名
      日本化学会第95春季年会
    • 発表場所
      日本大学(船橋)
    • 年月日
      2015-03-26
  • [学会発表] ヘムタンパク質の多量化:タンパク質変性と機能化(2)2015

    • 著者名/発表者名
      廣田俊
    • 学会等名
      分子研研究会「生物無機化学の最先端と今後の展望:金属と生体分子の相互作用機序解明とモデル化および応用への展開」
    • 発表場所
      分子科学研究所(岡崎市)
    • 年月日
      2015-01-06
    • 招待講演
  • [学会発表] Design and construction of protein supramolecules for anticancer agent and DDS2014

    • 著者名/発表者名
      Shun Hirota
    • 学会等名
      Medan International Conference on Advanced Pharmaceutical Sciences (MICAPS 2014)
    • 発表場所
      Medan (Indonesia)
    • 年月日
      2014-11-03
    • 招待講演
  • [学会発表] シトクロム cb562の多量化と二量体構造2014

    • 著者名/発表者名
      宮本昂明、栗林麻衣、長尾聡、庄村康人、樋口芳樹、廣田俊
    • 学会等名
      第8回バイオ関連化学シンポジウム
    • 発表場所
      岡山大学(岡山市)
    • 年月日
      2014-09-12
  • [学会発表] 生理的条件下でのシトクロムc多量体形成2014

    • 著者名/発表者名
      林有吾、中山璃子、長尾聡、山中優、小森博文、樋口芳樹、廣田俊
    • 学会等名
      第8回バイオ関連化学シンポジウム
    • 発表場所
      岡山大学(岡山市)
    • 年月日
      2014-09-12
  • [学会発表] ドメインスワッピングによるヘムタンパク質の会合2014

    • 著者名/発表者名
      廣田俊
    • 学会等名
      第24回金属の関与する生体関連反応シンポジウム
    • 発表場所
      京都薬科大学(京都市)
    • 年月日
      2014-06-14
    • 招待講演
  • [学会発表] ドメインスワッピングを利用したヘムタンパク質の超分子化2014

    • 著者名/発表者名
      廣田俊
    • 学会等名
      第41回生体分子科学討論会
    • 発表場所
      九州大学(福岡市)
    • 年月日
      2014-06-07
    • 招待講演

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公開日: 2016-06-01  

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