固体NMRによる膜タンパク質の機能的な相互作用の観測

2017 年度 実績報告書

• 研究領域: 理論と実験の協奏による柔らかな分子系の機能の科学
• 研究課題/領域番号: 16H00828
• 研究機関: 横浜国立大学
• 研究代表者: 川村 出 横浜国立大学, 大学院工学研究院, 准教授 (20452047)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: 固体NMR / レチナール / ロドプシン / 抗菌ペプチド / Dアミノ酸 / 自己組織化

研究実績の概要

細胞膜中に存在する膜タンパク質などの柔らかな分子に関して、固体核磁気共鳴(NMR)法を駆使して構造解析を行い、本年度は次のような重要な成果をあげた。
1. 固体NMR, VCD及びMDシミュレーションなどを駆使して、D-アミノ酸残基を有する抗菌性ペプチド ボンビニンH4と細胞膜との相互作用様式を詳細に明らかにし、高い活性を発現するためのDアミノ酸の役割を示した。特に、Dアミノ酸が存在することによって、N端側から2残基の疎水性側鎖がシス型の構造になり、これが脂質二重膜の疎水領域にアンカーとして相互作用することで膜貫通状態に移行しやすいことを示した。これは全てL体のアミノ酸で構成されるボンビニンH2では見られないため、Dアミノ酸の役割を分子レベルで示したユニークな成果である。2. 微生物型ロドプシンの一つである光駆動型ナトリウムイオンポンプロドプシンの細胞外側ナトリウム結合サイトの構造変化と反応中心であるレチナール結合サイトの長距離の相互作用を明らかにし、ポンプ活性にナトリウム結合サイトの構造が関与していることを示した。特にH30A変異体のナトリウムイオン非存在条件ではシッフ塩基と対イオンであるAsp116の静電相互作用が強まることが明らかとなった。3. 特定の条件で短いペプチドが自己組織化してナノファイバーは様々な応用が期待されている。本研究によってナノファイバーを形成した際の分子構造を緻密に調べるための固体NMR実験を実証した。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] National University of Mongolia(モンゴル)
  • 国名: モンゴル
  • 外国機関名: National University of Mongolia
• [雑誌論文] Long-distance perturbation on Schiff base-counterion interactions by His30 and the extracellular Na+-binding site in Krokinobacter rhodopsin 2 (2018)
  • 著者名/発表者名: Arisu Shigeta, Shota Ito, Rina Kaneko, Sahoko Tomida, Keiichi Inoue, Hideki Kandori, Izuru Kawamura
  • 雑誌名: Physical Chemistry Chemical Physics 巻: 20 ページ: 8450～8455
  • DOI: 10.1039/C8CP00626A
  • 査読あり
• [雑誌論文] The role of d-allo-isoleucine in the deposition of the anti-Leishmania peptide bombinin H4 as revealed by 31P solid-state NMR, VCD spectroscopy, and MD simulation (2018)
  • 著者名/発表者名: Batsaikhan Mijiddorj, Shiho Kaneda, Hisako Sato, Yuki Kitahashi, Namsrai Javkhlantugs, Akira Naito, Kazuyoshi Ueda, Izuru Kawamura
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteins and Proteomics 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.1016/j.bbapap.2018.01.005
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electrooxidative Copolymerization of 3,4-Ethylenedioxithiophene and Benzene from a Mixture of Each Monomer (2018)
  • 著者名/発表者名: Eisaku Tanaka, Hiroyuki Tateno, Yoshimasa Matsumura, Koji Nakabayashi, Izuru Kawamura, Mahito Atobe
  • 雑誌名: Bulletin of the Chemical Society of Japan 巻: 91 ページ: 141-146
  • DOI: 10.1246/bcsj.20170319
  • 査読あり
• [雑誌論文] Absorption of Cu(II) in layered diaminoalkyl- and monoaminoalkyl-polysilsesquioxane (2017)
  • 著者名/発表者名: Teppei Takagi, Izuru Kawamura, Yasunori Oumi, Yohei Miwa, Hideaki Yoshitake
  • 雑誌名: Polymer 巻: 132 ページ: 227～234
  • DOI: 10.1016/j.polymer.2017.11.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Guide to Design Functional Molecular Liquids with Tailorable Properties using Pyrene-Fluorescence as a Probe (2017)
  • 著者名/発表者名: Fengniu Li, Tomohisa Takaya, Koichi Iwata, Izuru Kawamura, Akinori Saeki, Masashi Ishii, Kazuhiko Nagura, Takashi Nakanishi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 ページ: 3416
  • DOI: 10.1038/s41598-017-03584-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Structural change of Na+ pumping Krokinobacter rhodopsin 2 induced by pH and alkali metal ions by solid-state NMR (2017)
  • 著者名/発表者名: Arisu Shigeta, Rina Kaneko, Shota Ito, Takashi Okitsu, Akimori Wada, Keiichi Inoue, Hideki Kandori, Izuru Kawamura
  • 学会等名: 第56回NMR討論会
• [学会発表] センサリーロドプシンのレチナール構造変化に対する13C NMR化学シフト値計算 (2017)
  • 著者名/発表者名: 槇野義輝, 川村出, 沖津貴志, 和田昭盛, 須藤雄気, 加茂直樹, 内藤晶, 上田一義
  • 学会等名: 第56回NMR討論会
• [学会発表] 抗菌ペプチドHylin b1のpH変化に対する運動性の違い (2017)
  • 著者名/発表者名: 川村出, 廣重玲奈, Batsaikhan Mijiddorj, 松尾雄大, 上田一義
  • 学会等名: 第56回NMR討論会
• [学会発表] 固体NMRによるPhe-Pheモチーフをもつペプチドの自己組織化集合体の分子構造の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 尾澤夢実, Batsaikhan Mijiddorj, 佐藤久子, 内藤晶, 川村出
  • 学会等名: 第56回NMR討論会
• [学会発表] Stationary trapping of photo-intermediates during the photo cycles of bR and its mutants by in situ photoirradiation solid-state NMR (2017)
  • 著者名/発表者名: Akira Naito, Kyosuke Oshima, Yuto Otani, Arisu Shigeta, Yoshiteru Makino, Izuru Kawamura, Takashi Okitsu, Akimori Wada, Satoru Tuzi, Tatsuo Iwasa
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会
• [学会発表] Membrane binding structure of bombinin H2 and H4 peptides in leishmania mimetic membrane as studied by solid-state NMR and MD simulation (2017)
  • 著者名/発表者名: Batsaikhan Mijiddorj, Shiho Kaneda, Namsrai Javkhlantugs, Kazuyoshi Ueda, Hisako Sato, Akira Naito, Izuru Kawamura
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会
• [学会発表] Quantum chemical calculation of 13C NMR chemical shifts for retinal at photo-intermediates in the photocycle of sensory rhodopsin (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshiteru Makino, Izuru Kawamura, Takashi Okitsu, Akimori Wada, Yuki Sudo, Naoki Kamo, Akira Naito, Kazuyoshi Ueda
  • 学会等名: 第55回日本生物物理学会
• [学会発表] Photo-intermediates in the photo-reaction pathways of bacteriorhodopsin as revealed by in situ photo-irradiation solid-state NMR (2017)
  • 著者名/発表者名: Akira Naito, Kyosuka Oshima, Yuto Otani, Arisu Shigeta, Yoshiteru Makino, Izuru Kawamura, Takashi Okitsu, Akimori Wada, Satoru Yuzi, Tatsuo Iwasa
  • 学会等名: The 20th ISMAR
  • 国際学会
• [学会発表] Structural analysis of retinal-binding pocket of KR2 under neutral and acidic PH by solid-state NMR (2017)
  • 著者名/発表者名: Arisu Shigeta, Yokohama National University, Japan Shota Ito, Takashi Okitsu, Akimori Wada, Keiichi Inoue, Hideki Kandori, Izuru Kawamura
  • 学会等名: The 20th ISMAR
  • 国際学会
• [学会発表] Structural difference of functional peptide fibers between L-Phe-L-Phe-OH, L-Phe-D-Phe-OH and D-Phe-D-Phe-OH (2017)
  • 著者名/発表者名: Yumi Ozawa, Batsaikhan Mijiddorj, Hisako Sato, Namsrai Javkhlantugs, Akira Naito, Kazuyoshi Ueda, Izuru Kawamura
  • 学会等名: The 3rd International Conference on D-Amino Acid Research IDAR2017
  • 国際学会
• [学会発表] Structure of bombinin H4 containing a D-allo- isoleucine by solid-state VCD and solid-state NMR (2017)
  • 著者名/発表者名: Izuru Kawamura, Shiho Kaneda, Yuki Kitahashi, Hisako Sato, Akira Naito
  • 学会等名: The 3rd International Conference on D-Amino Acid Research IDAR2017
  • 国際学会
• [学会発表] Membrane interactions of anti-Leishmania peptide Bombinin H4 containing D-allo-isoleucine (2017)
  • 著者名/発表者名: Batsaikhan Mijiddorj, Shiho Kaneda, Namsrai Javkhlantugs, Akira Naito, Kazuyoshi Ueda, Izuru Kawamura
  • 学会等名: The 3rd International Conference on D-Amino Acid Research IDAR2017
  • 国際学会
• [学会発表] 固体NMRを用いたDアミノ酸含有機能性ペプチドの構造解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川村出
  • 学会等名: 第17回日本蛋白質科学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Observation of functional membrane protein interaction by solid-state NMR (2017)
  • 著者名/発表者名: Izuru Kawamura
  • 学会等名: KAKENHI International Symposium on “Studying the Function of Soft Molecular Systems”
  • 国際学会
• [学会発表] 立体反転によって誘起されるペプチドファイバーの形態変化と固体NMRによる構造解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 尾澤夢実, 佐藤久子, 内藤晶, 川村出
  • 学会等名: 17-1 NMR研究会
• [学会発表] Relationship between Tyr Czeta chemical shift and hydrogen bonding strength in microbial rhodopsins (2017)
  • 著者名/発表者名: Arisu Shigeta, Izuru Kawamura
  • 学会等名: International Symposium on Biophysics of Rhodopsins honoring Prof. Yoshinori Shichida
  • 国際学会
• [図書] Experimental Approaches of NMR Spectroscopy, Chap 9 Structure Determination of Membrane Peptides and Proteins by Solid-State NMR (2018)
  • 著者名/発表者名: Izuru Kawamura, Kazushi Norisada, Akira Naito
  • 総ページ数: 253-293
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 978-981-10-5965-0
• [図書] Experimental Approaches of NMR Spectroscopy, Chap 5 Photoirradiation and Microwave Irradiation NMR Spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Akira Naito, Yoshiteru Makino, Yugo Tasei, Izuru Kawamura
  • 総ページ数: 135-170
  • 出版者: Springer
  • ISBN: 978-981-10-5965-0
• [図書] 抗菌ペプチドの機能解明と技術利用 -第1章 抗菌ペプチドの構造-機能相関の研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 川村 出
  • 総ページ数: 3-14
  • 出版者: シーエムシー出版
  • ISBN: 978-4-7813-1245-3
• [備考] 横浜国立大学 研究者総覧
  • URL: http://er-web.jmk.ynu.ac.jp/html/KAWAMURA_Izuru/ja.html