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。

在活生物体中，蛋白质不仅作为单个分子发挥作用，而且还通过蛋白质彼此以及与其他生物分子的结合和解离来重复离散和聚集过程来发挥作用。由于蛋白质的功能极其多样，如果我们能够以高结构分辨率观察生物分子的动态复合体形成并进行化学控制，我们不仅能够理解生命现象，还能发现单分子无法看到的新事物这将导致功能分子的产生。近年来，分析生物分子复杂结构的方法主要集中在使用冷冻电子显微镜提高复杂结构分析的分辨率，并且正在开发新的结构测定方法，例如利用MD计算和机器学习进行结构预测的方法。 。在本研究中，作为与上述方法不同的方法，我们使用氨基酸同位素标记，特别是氨基酸选择性标记，通过核磁共振和和频发生谱来研究生物分子的异质性和结构，我们正在分析不完整的分子序列。通过波动。活生物体中生物分子的复杂形成不仅发生在溶液中，而且还通过充当溶液之间分隔物的细胞膜发生。因此，今年我们将继去年之后，推进与美国密歇根大学陈展实验室的合作研究，对氨基酸标记的GB1蛋白进行和频发生谱测定，收集波数变化。通过观察 13C 标记引起的 NH 振动模式，并结合 MD 模拟分析进行分析，我们确定 GB1我们确定了蛋白质表面氨基酸与固体表面相互作用的方向。该结果被接受为提交论文并在国际会议上发表。

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