加速進化型ガレクチンの糖鎖精密認識機能の解明と生命工学への応用

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14360045
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 小川 智久 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 助教授 (80240901)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 白井 剛 生物分子工学研究所, 情報解析研究部門, 主任研究員 (00262890) ; 西田 芳弘 名古屋大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (80183896) ; 村本 光二 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 教授 (90157800)
• Keywords: ガレクチン / レクチン / 糖鎖 / グライコ-ム / 加速進化 / 精密糖鎖認識

Research Abstract

マアナゴ体表粘液由来の2種のガレクチン、Congerin IおよびII (Con IおよびII)は、加速的な進化により特性が異なる。特にCon IIは、大腸菌O157ベロ毒素のリガンドであるGb3セラミドなど興味深い糖鎖構造を認識する。本研究は、この加速進化型ガレクチンの構造と糖鎖認識機構の詳細な相関を明らかにし、精密な糖鎖認識能をもつガレクチンを開発することを目的とする。本年度はまず、Con IとCon IIの一次構造上加速進化がみられるアミノ酸残基について、それぞれ相互に置換した変異体を用い、ピリジルアミノ(PA)化蛍光標識した各種糖鎖との相互作用の解析を行った。今回以下の17種類について調製を行い、34種類のPA化糖鎖に対しての解離定数Kd値を求めた。
(N50S)Con I、(D67N)Con I、(N68V)Con I、(E71Q)Con I、(T72Q)Con I、(Q74E)Con I、(T77K)Con I、(N78K)Con I
(S50N)Con II、(V57T)Con II、(V67D)Con II、(V68N)Con II、(Q71E)Con II、(Q72T)Con II、(T107N)Con II、(N67D/V68N)Con II、(Q71E/Q72T/E74Q)Con II
また、タンパク質のモデリングをシミュレーションにより予測できるソフトウェアMOEを用いて、エネルギー最小化計算シミュレーションによるCongerin変異体の立体構造の予測を行った。この予測された立体構造と糖鎖結合能との関係を解析し、その相関関係を考察した。
17種のCongerin変異体の、34種のPA化糖鎖に対するKd値を全て算出した。それぞれの変異体で特徴的な糖鎖特異性の変化がみられた。
例えば、(S50N)Con IIにおいて、GA1、GM1、GD1b、LNTなどの糖鎖への結合能が顕著に増加していた。これらの糖鎖は共通の構造(Galβ1-3GalNAc-)を持っており、変異によってこの構造への結合能が増大したことが明らかになった。またこの変異体は、糖の結合に直接関与しているTyr^<51>とTrp^<70>を含む立体構造が大きく変化しており、このことが糖鎖結合能の増大に関係している可能性が示された。

Research Products

• [Publications] Ogawa, T., Ishii, C., Suda, Y., Kamiya, H., Muramoto, K.: "High-level expression and characterization of fully active recombinant conger eel galectins in Eschericia coli"Biosci. Biotechnol. Biochem.. 66(2). 476-480 (2002)
• [Publications] Tateno, H., Ogawa.T., Muramoto, K., Kamiya, H., Saneyoshi, M.: "Rhamnose binding lectins from steelhead trout (Oncorhynchus mykiss) eggs recognize bacterial lipopolysaccharides and lipoteichoic acid"Biosci. Biotechnol. Biochem.. 66(3). 604-612 (2002)
• [Publications] Tateno, H., Ogawa.T., Muramoto, K., Kamiya, H., Saneyoshi, M.: "Distribution and molecular evolution of rhamnose-binding lectins in Salmonidae : isolation and characterization of two lectins from white-spotted Charr (Salvelinus leucomaenis) eggs"Biosci. Biotechnol. Biochem.. 66(6). 1356-1365 (2002)
• [Publications] Tateno, H., Shibata, Y., Nagahama, Y., Hirai, T., Saneyoshi, M., Ogawa.T., Muramoto, K., Kamiya, H.: "Tissue-specific expression of rhamnose-binding lectins in the steelhead trout (Oncorhynchus mykiss)"Biosci. Biotechnol. Biochem.. 66(6). 1427-1430 (2002)
• [Publications] Ogawa, T., Shirai, T., Yamane, T., Kamiya, H., Muramoto, K.: "Adaptive evolution of conger eel galectins"Trends in Glycosci. Glycotech.. 14(77). 177-187 (2002)
• [Publications] Shirai, T., Matsui, Y., Mitsuyama, C., Yamane, T., Kamiya, H., Ishii, C., Ogawa, T., Muramoto, K.: "Crystal structure of a conger eel galectin (congerin II) at 1.45 A resolution : Implication for the accelerated evolution of a new ligand-binding site following gene duplication"J. Mol. Biol.. 321. 879-889 (2002)