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2018 年度 実績報告書

酵素基質相互作用を決定する動的構造制御

公募研究

研究領域動的構造生命科学を拓く新発想測定技術-タンパク質が動作する姿を活写する-
研究課題/領域番号 17H05868
研究機関東北大学

研究代表者

奥村 正樹  東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (50635810)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
キーワード酸化的フォールディング / 分子認識 / PDI
研究実績の概要

細胞内には、たんぱく質高次構造の形成反応を促進する仕組みがある。特に構造未成熟なたんぱく質の構造修復の仕組みは、我々生体内において不良たんぱく質の蓄積を防ぐために必要不可欠である。しかしながら、未だどのようにして細胞内の補助因子が構造未成熟なたんぱく質を認識し、構造修復のため働いているのか不明であった。Protein Disulfide Isomerase (PDI)ファミリーたんぱく質の1つであるPDIは哺乳動物細胞の小胞体において、立体構造形成前のたんぱく質にジスルフィド結合を導入およびジスルフィド結合を修復するなどの機能を担っている。PDIの結晶構造は4つのドメインから構成されるU字構造であり、動きに富むことが示唆されていたが、この動きがPDIの機能発現にどう関わるか不明であった。そこで、高速原子間力顕微鏡による1分子観察により、PDIが酸化還元依存的に動的構造を制御していることを明らかにした。さらに、BPTI、RNaseA、 ラミニン、プラスミノーゲンといった形や大きさ、ジスルフィド結合の数が異なる様々な基質の構造未成熟な状態を添加すると、PDIは二量体へ会合し、その中央に形成される空間(キャビティ)に基質が取り込まれる様子を観察することに世界で初めて成功した。これによりPDIが触媒するたんぱく質の酸化的フォールディングの全く新しいモデルを提唱するに至り、生物と化学の学際的研究の国際誌Nature Chemical Biologyに、筆頭著者、研究責任者として発表した。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (16件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 4件、 査読あり 7件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 1件、 招待講演 5件) 図書 (3件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Dynamic assembly of protein disulfide isomerase in catalysis of oxidative folding.2019

    • 著者名/発表者名
      Okumura M.#*, Noi K.#, Kanemura S., Kinoshita M., Saio T., Inoue Y., Hikima T., Akiyama S., Ogura T.*, and Inaba K.*(#equal contribution, *corresponding authors)
    • 雑誌名

      Nat Chem Biol.

      巻: 15 ページ: 499-509

    • DOI

      10.1038/s41589-019-0268-8.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Protein Disulfide Isomerase family: from Proteostasis to Pathogenesis2019

    • 著者名/発表者名
      Matsusaki M.#, Kanemura S.#, Kinoshita M.#, Lee Y.H., Inaba K.*, and Okumura M.* (#equal contribution *corresponding authors)
    • 雑誌名

      Biochim Biophys Acta-general subjects

      巻: in press ページ: in press

    • DOI

      10.1016/j.bbagen.2019.04.003.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Coupling effects of thiol and urea-type groups for promotion of oxidative protein folding2019

    • 著者名/発表者名
      Okada S.,# Matsusaki M.,# Arai K., Hidaka Y., Inaba K., Okumura M.,* and Muraoka T.* (#equal contribution, *corresponding authors)
    • 雑誌名

      Chem Commun (Camb)

      巻: 55 ページ: 759-762

    • DOI

      10.1039/c8cc08657e.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ero1-mediated reoxidation of PDI accelerates the folding of cone-snail toxins2018

    • 著者名/発表者名
      O'Brien H., Kanemura S., Okumura M., Baskin P., Bandyopadhyay P., Ellgaard L., Inaba K., and Safavi-Hemami H.*
    • 雑誌名

      Int. J. Mol. Sci.

      巻: 11 ページ: E3418.

    • DOI

      10.3390/ijms19113418.

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Energy landscape of polymorphic amyloid generation of β2-microglobulin revealed by calorimetry.2018

    • 著者名/発表者名
      Kinoshita M., Lin Y., Itoh D., Okumura M., Markova N., Ladbury J.E., Sterpone F., and Lee Y.H.*
    • 雑誌名

      Chem Commun (Camb).

      巻: 57 ページ: 7995-7998

    • DOI

      10.1039/c8cc02718h.

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Impact of membrane curvature on amyloid aggregation.2018

    • 著者名/発表者名
      Terakawa M.S., Lin Y., Kinoshita M., Kanemura S., Itoh D., Sugiki T., Okumura M., Ramamoorthy A., and Lee Y.H.*
    • 雑誌名

      Biochim Biophys Acta Biomembr.

      巻: 18 ページ: 30130-30135

    • DOI

      10.1016/j.bbamem.2018.04.012.

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Characterization and optimization of two-chain folding pathways of insulin via native chain assembly2018

    • 著者名/発表者名
      Arai K., Takei T., Shinozaki R., Noguchi N., Fujisawa S., Katayama H., Moroder L., Ando S., Okumura M., Inaba K., Hojo H.,* and Iwaoka M.*
    • 雑誌名

      Communications Chemistry

      巻: 1 ページ: e26

    • DOI

      10.1038/s42004-018-0024-0

    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Understanding the proteostasis mechanism in the endoplasmic reticulum2019

    • 著者名/発表者名
      M. Okumura
    • 学会等名
      358th IMEG Seminar, Kumamoto Univ.
    • 招待講演
  • [学会発表] 小胞体内局在酵素Protein Disulfide Isomerase familyによるタンパク質品質管理機構の理解2018

    • 著者名/発表者名
      奥村 正樹
    • 学会等名
      北海道大学薬学部
    • 招待講演
  • [学会発表] Understanding the proteotasis mechanism in the Endoplasmic Reticulum2018

    • 著者名/発表者名
      M. Okumura
    • 学会等名
      KBSI seminar
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 酵素の構造ダイナミクスから紐解く基質認識の理解―Protein Disulfide Isomeraseを事例として2018

    • 著者名/発表者名
      奥村 正樹
    • 学会等名
      第18回日本蛋白質科学会年会、ランチョンセミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] Dynamic assembly and disassembly of protein disulfide isomerase in catalysis of oxidative protein folding2018

    • 著者名/発表者名
      M. Okumura
    • 学会等名
      333th IMEG Seminar, Kumamoto Univ.
    • 招待講演
  • [図書] 放射光利用の手引きー農水産・医療、エネルギー、環境、材料開発分野などへの応用ー細胞のタンパク質の立体構造を頑強にする仕組み2019

    • 著者名/発表者名
      奥村正樹、稲葉謙次
    • 総ページ数
      5
    • 出版者
      アグネ技術センター
  • [図書] Oxidatve Folding of Peptides and Proteins 2nd Edition2018

    • 著者名/発表者名
      Okumura, M., Watanabe, S., Inaba, K.
    • 総ページ数
      25
    • 出版者
      Royal Society of Chemistry
  • [図書] アルツハイマー病ー発症メカニズムと新規診断法・創薬・治療開発2018

    • 著者名/発表者名
      奥村正樹、稲葉謙次
    • 総ページ数
      11
    • 出版者
      NTS
  • [産業財産権] タンパク質のリフォールディング剤、タンパク質のリフォールディング方法及びタンパク質の再生方法2018

    • 発明者名
      奥村 正樹、村岡 貴博、岡田 隼輔、稲葉 謙次、松﨑 元紀
    • 権利者名
      奥村 正樹、村岡 貴博、岡田 隼輔、稲葉 謙次、松﨑 元紀
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2018-109769

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公開日: 2019-12-27  

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