環境に対応して機能を変えるホモ多量体酵素の動的構造変化の解析

分析同源多聚酶的动态结构变化，这些变化响应环境而改变其功能

基本信息

批准号：
20K06509
负责人：
池上貴久
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Yokohama City University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

酵素蛋白質の約半分は、同じサブユニットから構成されるホモ多量体である。その理由については、いろいろと挙げられてはいるが、もっとも説得のいくのは、リガンドや基質の結合に関して正か負の協同性を生み出し、その結果として一種のアロステリック効果を出すというものである。しかし、そのような協同性を持たないケースも見られる。筆者は、サブユニットの数を変化させることによって、機能を根本的に変えているケースもあるのではないかと考え、その好例として Moonlighting-protein として有名なホモ四量体である GAPDH を選んだ。GAPDH は通常は解糖系酵素として機能している。しかし、細胞が老化し酸化ストレスにさらされると、アポトーシスを引き起こすなど、一見すると解糖系とは無関係な機能を生み出す。しかし、GAPDH が細胞内で 10% ほどを占めるというその量を考えると、細胞内で種々の蛋白質や核酸と無秩序に相互作用していたのでは、細胞としての生命活動が制御できなくなることは容易に想像できる。よって、酸化ストレスにより何らかの変化が GAPDH に起こり、それが引き金となって、他蛋白質や核酸と相互作用するように “変身する” と考えるのが妥当である。そこで、申請者はどのような ”立体構造的な” 変化が GAPDH に起こり、そしてその結果として、通常は相互作用しないような生体高分子と急に相互作用するようになるのかを、NMR などを使って解析している。後述するように、解析の結果、GAPDH がある条件下で二量体に変化し、非常にフレキシブルな疎水性残基を露出させることを見い出した。この結果は、これらの残基は通常はサブユニット界面に隠れているが、細胞の老化や酸化ストレスによって、ホモ四量体が分裂し、他の生体高分子と相互作用するための “糊面” として露出することを示唆している。

大约一半的酶蛋白是由相同亚基组成的同多聚体。人们提出了各种原因，但最合理的一个是它们在配体和底物的结合中产生正协同作用或负协同作用，从而产生一种变构效应。然而，也有不存在这种合作的情况。作者认为，可能存在通过改变亚基数量而从根本上改变其功能的情况，并选择了被称为月光蛋白的同源四聚体GAPDH作为一个很好的例子。 GAPDH 通常作为糖酵解酶发挥作用。然而，当细胞衰老并暴露于氧化应激时，它们会产生看似与糖酵解无关的功能，例如触发细胞凋亡。但考虑到GAPDH约占细胞内含量的10%，如果它在细胞内无序地与各种蛋白质和核酸相互作用，细胞的生命活动很容易变得不受控制。因此，有理由认为氧化应激导致GAPDH发生一些变化，从而触发其“转化”，从而与其他蛋白质和核酸相互作用。因此，申请人使用NMR和其他方法来研究GAPDH发生了什么样的“构象”变化，以及为什么它突然与通常不与其发生相互作用的生物聚合物发生相互作用。如下所述，我们的分析表明，在某些条件下，GAPDH 转变为二聚体，暴露出高度灵活的疏水残基。这一结果表明，这些残基通常隐藏在亚基界面处，但在细胞老化或氧化应激下，同四聚体分裂并成为与其他生物聚合物相互作用的“胶水表面””表明它会如此暴露。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Chemical conformation of the essential glutamate site of the c-ring within thermophilic bacillus FoF1-ATP synthase determined by solid-state NMR based on its isolated c-ring structure.

根据分离的 C 环结构，通过固态 NMR 确定嗜热芽孢杆菌 FoF1-ATP 合酶内 C 环必需谷氨酸位点的化学构象。

DOI：
10.1021/jacs.2c03580
发表时间：
2022
期刊：
J. Am. Chem. Soc.
影响因子：
15
作者：
Todokoro;Y.;Kang;S.J.;Suzuki;T.;Ikegami;T.;Kainosho;M.;Yoshida;M.;Fujiwara;T.;Akutsu;H.
通讯作者：
H.

核磁気共鳴 NMR で飲み物を味わう

使用核磁共振 NMR 品尝您的饮料

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
化学と教育（日本化学会）
影响因子：
0
作者：
Imanishi Takahiro;Nishikawa Koji;Taketa Midori;Higuchi Katsuhiro;Tai Hulin;Hirota Shun;Hojo Hironobu;Kawakami Toru;Hataguchi Kiriko;Matsumoto Kayoko;Ogata Hideaki;Higuchi Yoshiki;池上貴久
通讯作者：
池上貴久

CPMG pulse sequence that cancels artifacts independently of spin states for relaxation dispersion

CPMG 脉冲序列可消除与自旋态无关的伪影，以实现弛豫色散

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Shams Raef;Ito Yoshihiro;Miyatake Hideyuki;池上貴久
通讯作者：
池上貴久

Structural basis for the unique multifaceted interaction of DPPA3 with the UHRF1 PHD finger.

DOI：
10.1093/nar/gkac1082
发表时间：
2022-11-28
期刊：
Nucleic acids research
影响因子：
14.9
作者：
Hata K;Kobayashi N;Sugimura K;Qin W;Haxholli D;Chiba Y;Yoshimi S;Hayashi G;Onoda H;Ikegami T;Mulholland CB;Nishiyama A;Nakanishi M;Leonhardt H;Konuma T;Arita K
通讯作者：
Arita K

Analysis of the homodimeric structure of a D-Ala-D-Ala metallopeptidase, VanX, from vancomycin-resistant bacteria