2015 Fiscal Year Annual Research Report
生命分子の動的秩序形成におけるミクロ‐マクロ相関の探査と設計原理の探求
| Project Area | Dynamical ordering of biomolecular systems for creation of integrated functions |
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| Project/Area Number |
25102008
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| Research Institution | Okazaki Research Facilities, National Institutes of Natural Sciences |
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Principal Investigator |
加藤 晃一 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設), 岡崎統合バイオサイエンスセンター, 教授 (20211849)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
佐藤 匡史 名古屋市立大学, 薬学研究科(研究院), 准教授 (80532100)
山口 拓実 北陸先端科学技術大学院大学, マテリアルサイエンス研究科, 准教授 (60522430)
矢木 真穂 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設), 岡崎統合バイオサイエンスセンター, 助教 (40608999)
栗原 顕輔 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設), 岡崎統合バイオサイエンスセンター, 特任准教授 (80740919)
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| Project Period (FY) |
2013-06-28 – 2018-03-31
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| Keywords | 動的秩序 / 生命分子 / 分子集合 / NMR / 溶液散乱 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１.細胞内における糖タンパク質の運命決定のダイナミクス ：糖タンパク質を分解へと促す酵素グルコシダーゼⅡに関して3次元構造情報を得ることに成功し、分子運命決定に関わる構造基盤を求めることができた。また、小胞体内で糖タンパク質のフォールディング状態が不全なタンパク質の存在を感知してそれにシャペロンが認識する目印（糖鎖非還元末端のグルコース残基）を付ける酵素であるUGGTを活用して、安定同位体標識を施したシャペロン認識糖鎖を作出する方法論を開発し、詳細なNMR構造解析を行う道筋をつけた。さらに、小胞体フォールディング補助酵素プロテインジスルフィドイソメラーゼが活性部位の酸化還元状態の変化に応じて基質認識ドメインの空間配置を変化させるメカニズムを明らかにするとともに、本酵素の基質認識様式の構造基盤を初めて明らかにすることに成功した。
２.タンパク質の分子集合過程の解明と人工系への応用：非共有結合を保持した状態での質量分析法をはじめとする生化学的分析手段を駆使することにより、多数のサブユニットから構成されるタンパク質分解装置プロテアソームの形成過程は、非天然型のサブユニット集合体（α7サブユニットのみから形成される14量体）の生成と、これが他のサブユニットとの相互作用を通じて崩壊するスクラップ・アンド・ビルドの過程を含み得ることを示した。また、小胞輸送に関わるカーゴ受容体の酵母ホモログがpHに依存して離合集散する仕組みを明らかにすることができた。
３.糖脂質クラスターの設計・創生と構造・機能解析：生体分子と人工超分子のハイブリッドによるサイボーグ超分子を創生し、アルツハイマー病の発症にかかわるアミロイドβタンパク質と糖鎖クラスターとの相互作用解析に応用した。また、固体NMR分光法を利用することによりアミロイドβタンパク質の膜存在下での集合中間体の構造解析を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
抗体のFc領域のNMRスペクトルの帰属を公開して医薬産業界からのニーズに応えるとともに、特定のアミノ酸側鎖に着目することでFc受容体との結合の強さを向上させることに成功した。また、ヒト免疫不全ウイルス逆転写酵素と一連の阻害剤との相互作用をNMRを用いて解析し、それらの阻害活性と阻害剤結合状態の酵素の化学シフトの相関関係を明らかにするなど、医学・薬学分野においても重要な知見をもたらすことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
生命分子システムの動的秩序形成におけるミクロ-マクロ相関の探査を可能とする物理化学的計測手法の開発に引き続き取り組むとともに、生命分子素子がダイナミックな集合離散を通じて動的な秩序構造を形成するメカニズムを明らかにすることを目指す。また、生命分子システムのデザインルールを取り入れた人工自己組織化システムの創生に資することを目的とする。
本研究の目的を達成するため、プロテアソームに関連するタンパク質集団の集合離散系のダイナミクス解析を実施する。特に、古細菌のプロテアソーム集合シャペロン様タンパク質についても構造機能解析を推進し、プロテアソーム複合体の動的秩序形成メカニズムを分子進化の観点から理解することも視野に入れて研究を遂行する。一方、機能性糖鎖を組み込んだ人工クラスターを設計創生してNMR解析等を実施し、それらの動的秩序形成の物理化学的実体の解明に迫るとともに、その機能評価も実施する。さらに、人工細胞モデル系の進化をはかる。
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[Journal Article] Comparison of analytical methods for profiling N- and O-linked glycans from cultured cell lines: HUPO Human Disease Glycomics/Proteome Initiative multi-institutional study2016
Author(s)
H.Ito, H.Kaji, A.Togayachi, P.Azadi, M.Ishihara, R.Geyer, C.Galuska, H.Geyer, K.Kakehi, M.Kinoshita, N.G.Karlsson, C.Jin, K.Kato, H.Yagi, S.Kondo, N.Kawasaki, N.Hashii, D.Kolarich, K.Stavenhagen, N.H.Packer, M.Nakano, N.Taniguchi, A.Kurimoto, Y.Wada, M.Tajiri, P.Yang, W.Cao, H.Li, P.M.Rudd, andH.Narimatsu
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Journal Title
Glycoconjugate J.
Volume: 33
Pages: 405-415
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] NMR-based structural validation of therapeutic antibody produced in Nicotiana benthamiana2015
Author(s)
H. Yagi, N. Fukuzawa, Y. Tasaka, K. Matsuo, Y. Zhang, T. Yamaguchi, S. Kondo, S. Nakazawa, N. Hashii, N. Kawasaki, T. Matsumura and K. Kato
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Journal Title
Plant Cell Rep.
Volume: 34
Pages: 959-968
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Stable isotope labeling of glycoprotein expressed in silkworms using immunoglobulin G as a test molecule2015
Author(s)
H. Yagi, M. Nakamura, J. Yokoyama, Y. Zhang, T. Yamaguchi, S. Kondo, J. Kobayashi, T. Kato, E. Y. Park, S. Nakazawa, N. Hashii, N. Kawasaki and K. Kato
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Journal Title
J. Biomol. NMR
Volume: 62
Pages: 157-167
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Glycan structure and serum half-life of recombinant CTLA4Ig, an immunosuppressive agent, expressed in suspension-cultured rice cells with coexpression of human β1,4-galactosyltransferase and human CTLA4Ig2015
Author(s)
S. H. Kang, H. S. Jung, S. J. Lee, C. I. Park, S. M. Lim, H. Park, B. S. Kim, K. H. Na, G. J. Han, J. W. Bae, H. J. Park, K. C. Bang, B. T. Park, H. S. Hwang, I.-S. Jung, J. I. Kim, D. B. Oh, D. I. Kim, H. Yagi, K. Kato, D. K. Kim and H. H. Kim
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Journal Title
Glycoconjugate J.
Volume: 32
Pages: 161-172
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] pH-dependent assembly and segregation of the coiled-coil segments of yeast putative cargo receptors Emp46p and Emp47p2015
Author(s)
K. Ishii, H. Enda, M. Noda, M. Kajino, A. Kim, E. Kurimoto, K. Sato, A. Nakano, Y. Kobayashi, H. Yagi, S. Uchiyama and K. Kato,
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Journal Title
PLoS ONE
Volume: 10
Pages: e0140287
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Forcible destruction of severely misfolded mammalian glycoproteins by the non-glycoprotein ERAD pathway2015
Author(s)
S. Ninagawa, T. Okada, Y. Sumitomo, S. Horimoto, T. Sugimoto, T. Ishikawa, S. Takeda, T. Yamamoto, T. Suzuki, Y. Kamiya, K. Kato and K. Mori,
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Journal Title
J. Cell Biol.
Volume: 211
Pages: 775-784
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Structural insights into molecular assembly in the proteasomal systems2016
Author(s)
Tadashi Satoh, Arunima Sikdar, Kazuyoshi Murata, Toshiya Kozai, Kentaro Ishii, Masanori Noda, Hiroki Kawamura, Hirokazu Yagi, Maho Yagi-Utsumi, Susumu Uchiyama, Takayuki Uchihashi, and Koichi Kato
Organizer
The 7th Japan-Taiwan Joint Meeting on Neutron and X-ray Scattering
Place of Presentation
京都大学原子炉実験所（大阪府泉南郡）
Year and Date
2016-03-12
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] pH-dependent assembly and segregation of the coiled-coil segments of yeast putative cargo receptors Emp46p and Emp47p2015
Author(s)
Kentaro Ishii, Hiroki Enda, Masanori Noda, Megumi Kajino, Akemi Kim, Eiji Kurimoto, Ken Sato, Akihiko Nakano, Yuji Kobayashi, Hirokazu Yagi, Susumu Uchiyama, and Koichi Kato
Organizer
第53回日本生物物理学会年会
Place of Presentation
金沢大学（石川県金沢市）
Year and Date
2015-09-15
Int'l Joint Research
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[Presentation] NMR-based structural validation and SPR-based functional analysis of therapeutic human antibody produced in transgenic Nicotiana benthamiana cultivated by hydroponics in closed plant factory2015
Author(s)
Hirokazu Yagi, Noriho Fukuzawa, Yasushi Tasaka, Kouki Matsuo, Ying Zhang, Takumi Yamaguchi, Sachiko Kondo, Shiori Nakazawa, Noritaka Hashii, Nana Kawasaki, Takeshi Matsumura, and Koichi Kato
Organizer
Plant-Based Vaccines, Antibodies & Biologics
Place of Presentation
Lausanne、Switzerland
Year and Date
2015-06-08 – 2015-06-10
Int'l Joint Research
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[Presentation] 糖鎖を見る2015
Author(s)
加藤晃一
Organizer
第4回バイオイメージング研究会
Place of Presentation
東京大学（東京都文京区）
Year and Date
2015-05-08
Invited
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