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2019 年度 実績報告書

分子夾雑系におけるタンパク質の動的挙動-揺らぎと反応ダイナミクス-

公募研究

研究領域分子夾雑の生命化学
研究課題/領域番号 18H04552
研究機関京都大学

研究代表者

中曽根 祐介  京都大学, 理学研究科, 助教 (00613019)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
キーワード分子夾雑効果 / 光反応 / 混み合い効果 / 揺らぎ / 反応速度 / 酵素活性
研究実績の概要

光活性化型アデニル酸シクラーゼ(PAC)を対象にTG測定、SAXS測定、CD測定を行い、光励起による揺らぎや高次構造の変化を時間分解で調べた。その結果、発色団近傍の反応がヘリックス構造を通じて伝搬し、最終的にACドメインが解離することを明らかにした。また反応中間体の揺らぎが増大することがわかり、これが続いて起こる構造変化の駆動力である可能性を示した。
続いて分子夾雑環境におけるPACの動的挙動や酵素活性を調べた。PEG200を高濃度で加えた環境においては変性温度の低下が観測され、主に脱水和の影響により不安定化したと考察した。続いて光反応および反応中間体の揺らぎをTG法により測定したところ、PEG200濃度の増加に伴い、反応速度および反応収率の低下が観測された。これはGlycerol中でも同様の結果が得られたため、粘度の増加が原因と結論した。一方で、中間体における揺らぎの増大は希薄バッファー中に比べて増加した。またHPLCを用いた酵素活性測定の結果、酵素活性の低下(15倍の低下)が観測された。これは反応速度や反応収率の低下が原因と考えられる。
Ficoll70、BSAなど巨大分子を高濃度で加えた環境では、変性温度の上昇(構造の安定化)が観測され、これは主に排除体積効果によるものと考察した。TG法による反応・揺らぎ検出の結果、反応中間体の揺らぎが抑制され、興味深いことに、希薄バッファー中とは全く異なる反応を起こすことを見いだした。詳細な解析の結果、ACドメインの解離反応が抑制されることを明らかにした。酵素活性の著しい低下が観測され(30~40倍の低下)、ACドメインの解離反応が機能に必須な反応であることを示した。
以上の分子夾雑研究を通じて、「脱水和・粘性・排除体積の多様な効果」、「安定性と揺らぎのトレードオフ関係」、「分子反応と酵素活性の高い相関関係」に関する定量的知見を得た。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (4件)

  • [雑誌論文] Time-Resolved Study of Interprotein Signaling Process of a Blue Light Sensor PapB?PapA Complex2019

    • 著者名/発表者名
      Nakasone Yusuke、Kikukawa Koutaro、Masuda Shinji、Terazima Masahide
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 123 ページ: 3210~3218

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.9b00196

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Time-Resolved Diffusion Detection with Microstopped Flow System2019

    • 著者名/発表者名
      Nakasone Yusuke、Takaramoto Shunki、Terazima Masahide
    • 雑誌名

      Analytical Chemistry

      巻: 91 ページ: 11987~11993

    • DOI

      10.1021/acs.analchem.9b02897

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Photoreaction Dynamics of Full-Length Phototropin from Chlamydomonas reinhardtii2019

    • 著者名/発表者名
      Nakasone Yusuke、Ohshima Masumi、Okajima Koji、Tokutomi Satoru、Terazima Masahide
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry B

      巻: 123 ページ: 10939~10950

    • DOI

      10.1021/acs.jpcb.9b09685

    • 査読あり
  • [学会発表] 分子クラウディング環境における光活性化アデニル酸シクラーゼの揺らぎと機能2020

    • 著者名/発表者名
      中曽根祐介
    • 学会等名
      日本化学会第100春季年会
  • [学会発表] Fluctuation and reaction dynamics of a light sensor protein in crowding environment2019

    • 著者名/発表者名
      中曽根祐介
    • 学会等名
      第57回日本生物物理学会年会
  • [学会発表] 光で捉える生体分子の揺らぎ・ダイナミクス ―相分離を生体分子の反応場として理解する―2019

    • 著者名/発表者名
      中曽根祐介
    • 学会等名
      第4回LLPS研究会・ASUKA若手交流会2019
  • [学会発表] 分子夾雑系における光センサータンパク質の揺らぎ・反応ダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      中曽根祐介
    • 学会等名
      新学術領域「分子夾雑の生命化学」第2回関西地区シンポジウム

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公開日: 2021-01-27  

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