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2017 年度 実績報告書

柔らかなループ部位の構造変化を利用した機能性タンパク質多量体の創成

公募研究

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 16H00839
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) 2016-04-01 – 2018-03-31
キーワードタンパク質 / 超分子 / 多量体 / 生体分子 / バイオナノ / ヘム / ドメインスワッピング
研究実績の概要

3Dドメインスワッピングはタンパク質分子間で同一構造領域を交換する現象である。本研究では、様々なヘムタンパク質を対象に、ループ部位に着目してドメインスワッピングについて調査する。本年度は、好熱菌シトクロムc552と緑膿菌シトクロムc551間でN末端領域を交換した2種類のキメラタンパク質のドメインスワッピングを利用し、Met/His配位の活性部位を2つ有するヘテロ2量体タンパク質を作製した。さらに、片方のキメラタンパク質の活性部位構造を変異させることにより、Met/His配位とHis/H2O配位の異なる活性部位を有するヘテロ2量体タンパク質を作製した。異なる活性部位を有するヘテロ2量体タンパク質のHis/H2O部位への酸素分子の結合は共鳴ラマンスペクトルにより確認した。還元型ヘテロ2量体タンパク質を酸素分子と反応させると、Fe-O2伸縮振動(νFe-O2)に由来する振動バンドが580 cm-1に観測され、18O2結合型でνFe-O2は 554 cm-1に低波数シフトした。これらの結果より、ドメインスワッピングが異なる活性部位を有する多ヘムタンパク質の構築に有用であることが示された。さらに、ドメインスワッピングしたシトクロムc 2量体をレーザートラッピング法により溶液中で局所的に集め、球状のアミロイド線維凝集体を作製することに成功した。アミロイド線維の形成はチオフラビンTによる蛍光および電子顕微鏡像により確認した。作製したアミロイド線維凝集体を直線および3次元に配列することにも成功した。また、シトクロムcの多量体形成メカニズムの解明を目指して、分子動力学シミュレーションと液体の積分方程式理論を用いて単量体と二量体の熱力学安定性の解析を行った。

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

    (36件)

すべて 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 3件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (25件) (うち国際学会 5件、 招待講演 1件)

  • [国際共同研究] China West Normal University/University of South China(中国)

    • 国名
      中国
    • 外国機関名
      China West Normal University/University of South China
  • [国際共同研究] National Chiao Tung University(台湾)

    • 国名
      その他の国・地域
    • 外国機関名
      National Chiao Tung University
  • [雑誌論文] Theoretical Analysis of the Domain-Swapped Dimerization of Cytochrome c: An MD and 3D-RISM Approach2018

    • 著者名/発表者名
      Norio Yoshida, Masahiro Higashi, Hideyoshi Motoki, Shun Hirota
    • 雑誌名

      J. Chem. Phys.

      巻: 148 ページ: 025102

    • DOI

      10.1063/1.5009785

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Oxidative Modification of Methionine80 in Cytochrome c by Reaction with Peroxides2018

    • 著者名/発表者名
      Ari Dwi Nugranehi, Chunguang Ren, Yorifumi Matsumoto, Satoshi Nagao, Masaru Yamanaka, Shun Hirota
    • 雑誌名

      J. Inorg. Biochem.

      巻: 182 ページ: 200-207

    • DOI

      10.1016/j.jinorgbio.2018.02.017

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Construction of a Triangle-Shaped Trimer and a Tetrahedron Using an α-Helix-Inserted Circular Permutant of Cytochrome c5552018

    • 著者名/発表者名
      Akiya Oda, Satoshi Nagao, Masaru Yamanaka, Ikki Ueda, Hiroki Watanabe, Takayuki Uchihashi, Naoki Shibata, Yoshiki Higuchi, Shun Hirota
    • 雑誌名

      Chem. Asian J. (front cover)

      巻: 13 ページ: 964-967

    • DOI

      10.1002/asia.201800252

    • 査読あり
  • [雑誌論文] シトクロム cの多量体形成に関する理論的研究 の多量体形成に関する理論的研究2018

    • 著者名/発表者名
      根木秀佳、吉田紀生、廣田俊、東雅大
    • 雑誌名

      J. Comput. Chem. Jpn.

      巻: 17 ページ: 8-13

    • DOI

      10.2477/jccj.2018-0006

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A Single Spherical Assembly of Protein Amyloid Fibrils Formed by Laser Trapping2017

    • 著者名/発表者名
      Ken-ichi Yuyama, Mariko Ueda, Satoshi Nagao, Shun Hirota, Teruki Sugiyama, Hiroshi Masuhara
    • 雑誌名

      Angew. Chem. Int. Ed. (Hot Paper)

      巻: 56 ページ: 6739-6743

    • DOI

      10.1002/anie.201702352

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Effect of Methionine80 Heme Coordination on Domain Swapping of Cytochrome c2017

    • 著者名/発表者名
      Shun Hirota, Nobuhiro Yamashiro, Zonghua Wang, Satoshi Nagao
    • 雑誌名

      J. Biol. Inorg. Chem.

      巻: 22 ページ: 705-712

    • DOI

      10.1007/s00775-017-1446-3

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Rational Design of Domain-Swapping-Based c-Type Cytochrome Heterodimers by Using Chimeric Proteins2017

    • 著者名/発表者名
      Mohan Zhang, Tukasa Nakanishi, Masaru Yamanaka, Satoshi Nagao, Sachiko Yanagisawa, Yasuhito Shomura, Naoki Shibata, Takashi Ogura, Yoshiki Higuchi, Shun Hirota
    • 雑誌名

      ChemBioChem

      巻: 18 ページ: 1712-1715

    • DOI

      10.1002/cbic.201700219

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Design of Artificial Metalloproteins/Metalloenzymes by Tuning Noncovalent Interactions2017

    • 著者名/発表者名
      Shun Hirota, Ying-Wu Lin
    • 雑誌名

      J. Biol. Inorg. Chem.

      巻: 23 ページ: 7-25

    • DOI

      10.1007/s00775-017-1506-8

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] タンパク質ドメインスワッピングの構造・機構解析2017

    • 著者名/発表者名
      廣田俊、長尾聡、山中優
    • 雑誌名

      ぶんせき

      巻: 2017 ページ: 464-467

    • 査読あり
  • [学会発表] Observation of the Cooperative Collapse in the Spontaneous Folding Process of Cytochrome c by Two-Dimensional Fluorescence Lifetime Correlation Spectroscopy2018

    • 著者名/発表者名
      Miyuki Sakaguchi, Masaru Yamanaka, Shun Hirota, Kunihiko Ishii, Tahei Tahara
    • 学会等名
      62nd Annual Meeting of Biophysical Society
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Rare Codon Positions on Hydrogenobacter thermophiles cyt c552 Oligomerization in E. coli Cells2018

    • 著者名/発表者名
      Hongxu Yang, Masaru Yamanaka, Satoshi Nagao, Shun Hirota
    • 学会等名
      98th Chemical Society of Japan Annual Meeting
  • [学会発表] Construction of a Supramolecule with an Artificial Protein Based on Cytochrome c5552018

    • 著者名/発表者名
      Akiya Oda, Satoshi Nagao, Masaru Yamanaka, Ikki Ueda, Naoki Shibata, Yoshiki Higuchi, Shun Hirota
    • 学会等名
      98th Chemical Society of Japan Annual Meeting
  • [学会発表] Design and Properties of Domain-Swapped Myoglobin Dimer2018

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Nagao, Suda Ayaka, Hisashi Kobayashi, Naoki Shibata, Yoshiki Higuchi, Shun Hirota
    • 学会等名
      98th Chemical Society of Japan Annual Meeting
  • [学会発表] 耐熱性シトクロムcへのCO応答性四次構造変化の付与と多量化2018

    • 著者名/発表者名
      山中優、中山諒子、若井暁、藤井創太郎、越澤大典、三本木至宏、廣田俊
    • 学会等名
      日本化学会第98春季年会
  • [学会発表] 脂質二分子膜への結合によるシトクロムc部分変性に関する溶液NMR解析2018

    • 著者名/発表者名
      小林紀、長尾聡、廣田俊
    • 学会等名
      日本化学会第98春季年会
  • [学会発表] ドメインスワッピングを実現するミニマルなデザイン2018

    • 著者名/発表者名
      志賀翔多、山中優、廣田俊、真壁幸樹
    • 学会等名
      日本化学会第98春季年会
  • [学会発表] シトクロムcの多量体形成に関する理論的研究2017

    • 著者名/発表者名
      根木秀佳、吉田紀生、廣田俊、東雅大
    • 学会等名
      研究会「凝集系の理論化学2017」
  • [学会発表] 二次元蛍光寿命相関分光法による脂質膜上シトクロムcの構造ゆらぎの研究 (Study of Conformational Fluctuation of Cytochrome c on a Lipid Membrane by 2D Fluorescence Lifetime Correlation Spectroscopy)2017

    • 著者名/発表者名
      坂口美幸、山中優、廣田俊、石井邦彦、田原太平
    • 学会等名
      平成29年度日本分光学会年次講演会
  • [学会発表] Heme Protein Supramolecules Constructed by Domain Swapping2017

    • 著者名/発表者名
      Shun Hirota
    • 学会等名
      14th International Symposium on Applied Bioinorganic Chemistry (ISABC14)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ミニマルなデザインで実現するライム病関連蛋白質OspAのドメインスワッピング2017

    • 著者名/発表者名
      志賀翔多、山中優、廣田俊、真壁幸樹
    • 学会等名
      第17回日本蛋白質科学会年会
  • [学会発表] 耐熱性シトクロムc′の2量体界面残基置換によるCO応答性4次構造変化の付与2017

    • 著者名/発表者名
      中山諒子、山中優、藤井創太郎、越澤大典、三本木至宏、廣田俊
    • 学会等名
      第17回日本蛋白質科学会年会
  • [学会発表] 負電荷脂質二分子膜との相互作用によって生じる部分変性したシトクロムcの溶液NMR解析2017

    • 著者名/発表者名
      小林紀、長尾聡、廣田俊
    • 学会等名
      第17回日本蛋白質科学会年会
  • [学会発表] NMR Characterization of Cytochrome c Membrane-Binding Site Using Cardiolipin-Containing Bicelle2017

    • 著者名/発表者名
      長尾聡、小林紀、廣田俊
    • 学会等名
      第17回日本蛋白質科学会年会
  • [学会発表] CO-Dependent Control of Oligomer Association/Dissociation Using Domain-Swapped Dimers of Cytochrome c′2017

    • 著者名/発表者名
      山中優、中山諒子、長尾聡、星住誠人、柴田直樹、樋口芳樹、廣田俊
    • 学会等名
      第17回日本蛋白質科学会年会
  • [学会発表] MD and 3D-RISM Study on the Domain-Swapped Cytochrome c Oligomer2017

    • 著者名/発表者名
      Hideyoshi Motoki, Norio Yoshida, Shun Hirota, Masahiro Higashi
    • 学会等名
      The 9th Conference of the Asian Consortium on Computational Materials Science (ACCMS-9)
    • 国際学会
  • [学会発表] Fluorescence Analysis on Laser Trapping-Induced Amyloid Fibril Formation of Cytochrome c2017

    • 著者名/発表者名
      Chieh-Ju Chang, Yugo Hayashi, Shun Hirota, Ken-ichi Yuyama, Hiroshi Masuhara, Teruki Sugiyama
    • 学会等名
      2017年光化学討論会
  • [学会発表] リン脂質バイセルを用いた膜結合シトクロムcの動的挙動に関する溶液NMR解析(Solution NMR Studies on the Dynamic Properties of Membrane-Bound Cytochrome c Using Phospholipid Bicelles)2017

    • 著者名/発表者名
      長尾聡、小林紀、廣田俊
    • 学会等名
      第11回バイオ関連化学シンポジウム
  • [学会発表] シトクロムc555をベースに設計した人工タンパク質を用いたナノ構造体構築(Construction of a Nanostructure with a Designed Protein Based on Cytochrome c555)2017

    • 著者名/発表者名
      小田祥也、上田一凱、山中優、長尾聡、柴田直樹、樋口芳樹、廣田俊
    • 学会等名
      第11回バイオ関連化学シンポジウム
  • [学会発表] 分子化学討論会MDシミュレーションと3D-RISM理論を用いたシトクロムcの多量体形成に関する理論的研究(Theoretical Study on Oligomer Formation of Cytochrome c with MD Simulation and 3D-RISM Theory)2017

    • 著者名/発表者名
      根木秀佳、吉田紀生、廣田俊、東雅大
    • 学会等名
      第11回分子化学討論会
  • [学会発表] Site-selective Observation of Folding Dynamics of Cytochrome c by Two-dimensional Fluorescence Lifetime Correlation Spectroscopy(二次元蛍光寿命相関分光法によるシトクロムcのフォールディング過程の部位選択的な観測)2017

    • 著者名/発表者名
      Miyuki Sakaguchi, Masaru Yamanaka, Shun Hirota, Kunihiko Ishii, Tahei Tahara
    • 学会等名
      第55回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] シトクロムc′ドメインスワップ2量体を用いたCO依存的な多量体形成・解離2017

    • 著者名/発表者名
      山中優、中山諒子、長尾聡、柴田直樹、樋口芳樹、廣田俊
    • 学会等名
      日本農芸化学会関西・中四国・西日本支部2017年度合同大阪大会
  • [学会発表] 異なるCO応答性を示す相同シトクロムc′の変異導入解析2017

    • 著者名/発表者名
      中山諒子、山中優、藤井創太郎、越澤大典、三本木至宏、廣田俊
    • 学会等名
      日本農芸化学会関西・中四国・西日本支部2017年度合同大阪大会
  • [学会発表] Construction of Heme Protein Oligomers be 3D Domain Swapping2017

    • 著者名/発表者名
      Shun Hirota, Satoshi Nagao, Masaru Yamanaka, Yoshiki Higuchi
    • 学会等名
      2nd International Symposium on Biofunctional Chemistry (ISBC2017)
    • 国際学会
  • [学会発表] NMR Characterization of Cytochrome c Membrane-Binding Site Using Cardiolipin-Containing Bicelles2017

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Nagao, Hisashi Kobayashi, Shun Hirota
    • 学会等名
      2nd International Symposium on Biofunctional Chemistry (ISBC2017)
    • 国際学会

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公開日: 2018-12-17   更新日: 2022-05-13  

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