Structural analysis of imperfectly assembled nanostructures using high-resolution solid-state NMR

使用高分辨率固态 NMR 对不完美组装的纳米结构进行结构分析

• 批准号: 18KK0397
• 负责人: 長尾 聡
• 金额: $ 9.98万
• 依托单位: University of Hyogo (2020-2022)Nara Institute of Science and Technology (2018-2019)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (A))
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019 至 2023
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18KK0397/
• 关键词: タンパク質; アミノ酸選択的同位体標識; 分子間相互作用解析; 固液界面; 和周波発生分光測定; ナノ構造体; 高分解能構造解析; 固体NMR; ナノディスク; 膜タンパク質; 脂質膜; タンパク質超分子; 不完全配列; 構造解析

生体内では、タンパク質が単分子として機能するだけでなく、多くはタンパク質同士や他の生体分子と結合・解離することで、離散と集合を繰り返して機能している。タンパク質の機能は極めて多様であることから、生体分子のダイナミックな複合体形成を高い構造分解能で観察し、それを化学的に制御出来れば、生命現象の理解のみならず単分子では見られない新規な機能性分子の創成に繋がる。近年、生体分子の複合体構造の解析手法としては、主にクライオ電子顕微鏡による複合体構造解析の高分解能化や、MD計算および機械学習を利用した構造予測を利用したアプローチなど新規な構造決定法の開発が進められている。本研究では、上述の方法と異なるアプローチとして、アミノ酸の同位体標識法、特にアミノ酸選択的な標識法を用いてNMRや和周波発生分光測定などにより生体分子が集合する際の不均一性や構造ゆらぎに起因する不完全な分子配列の解析を行っている。生体内における生体分子の複合体形成は溶液中だけでなく、溶液と溶液の仕切りとなる細胞膜を介して行われる。そこで本年度は昨年度に引き続き、米国ミシガン大学のZhan Chen研究室との共同研究を進展させ、アミノ酸を選択的に同位体標識したGB1 proteinに対して質量分析を主とした標識化の評価と、一連のアミノ酸標識されたGB1 proteinの和周波発生分光測定を行い、13C標識化に伴うNH振動の波数変化パターンを収集し、MDシミュレーション解析と併せた解析を行うことにより、GB1 proteinの表面アミノ酸と固体表面が相互作用する配向を決定した。本成果は投稿論文として受理され、国際会議において発表された。

在体内，蛋白质不仅充当单分子，而且通过与蛋白质和其他生物分子的结合和分离，多数功能，反复离散和聚集。由于蛋白质具有极其多样的功能，如果我们可以观察到具有高结构分辨率的生物分子的动态复合形成并化学控制它们，那么它不仅会导致理解生命现象，而且还会导致创建新型功能分子，这些分子在单分子中无法看到。近年来，已经开发了新的结构确定方法，主要用于分析生物分子的复杂结构，例如使用冷冻电子显微镜对复杂结构进行高分辨率分析，以及一种使用MD计算和机器学习的结构预测的方法。在这项研究中，一种与上述方法不同的方法是分析由于异质性和结构波动而导致的不完整分子序列，当生物分子使用氨基酸同位素标记，尤其是氨基酸选择性标记，通过NMR和Sum-sumprequency Genativepopy收集。体内生物分子的复杂形成不仅在溶液中进行，而且还通过将溶液划分的细胞膜进行。 Therefore, this year, following last year, we continued to advance our joint research with the Zhan Chen Laboratory at the University of Michigan, USA, where we evaluated labeling mainly using mass spectrometry on GB1 proteins that have been selectively labeled with amino acids, and measured sum-frequency generation spectroscopy of GB1 proteins labeled with amino acids, collected the wave number change patterns of NH oscillations associated with 13C标记，并与MD仿真分析一起分析，以确定表面氨基酸和固体表面相互作用的方向。该结果被接受为提交文件，并在国际会议上提出。

项目成果

Rational design of myoglobin dimers for ligand binding cooperativity

肌红蛋白二聚体配体结合协同性的合理设计

• 发表时间: 2022
• 作者: Satoshi Nagao;Chihiro Maruo;Masashi Yamada;Daichi Yamada,Minoru Kubo
• 通讯作者: Daichi Yamada,Minoru Kubo

Solution NMR study on structures and dynamic properties of cytochrome c bound to lipid bicelles

溶液核磁共振研究细胞色素c与脂质bicelles结合的结构和动态特性

• 发表时间: 2019
• 作者: Michikazu Kobayashi;Hiromitsu Takeuchi;Kenichi Kasamatsu;Yuichi Togashi;R. White et al.;Yosuke Minowa;Satoshi Nagao
• 通讯作者: Satoshi Nagao

Determination of Protein and Peptide Conformation and Orientation at Buried Interfaces in Situ in Real Time

实时测定蛋白质和肽在埋藏界面处的构象和方向

• 发表时间: 2022
• 作者: Wen Guo;Tieyi Lu;Ralph Crisci;Satoshi Nagao;Tao Wei; Zhan Chen
• 通讯作者: Zhan Chen

Structural analyses of the animal-like cryptochrome from Chlamydomonas reinhardtii by small angle X-ray scattering

小角 X 射线散射对莱茵衣藻类动物隐花色素的结构分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Soma Matsuda;Satoshi Nagao;Daichi Yamada;Minoru Kubo
• 通讯作者: Minoru Kubo

NMR characterization of dynamic properties of cytochrome c bound to membranes using phospholipid bicelles

使用磷脂 bicelles 对与膜结合的细胞色素 c 的动态特性进行 NMR 表征

• 发表时间: 2019
• 作者: Satoshi Nagao;Hisashi Kobayashi;Shun Hirota
• 通讯作者: Shun Hirota