The development of molecular design to inhibit the amyloid fibrillation by inhibiting the reversible oligomerization at high temperature with a single residue mutation

通过单残基突变抑制高温可逆寡聚化来抑制淀粉样蛋白纤维化的分子设计的发展

• 批准号: 21K15049
• 负责人: 早乙女 友規
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Nagaoka University of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K15049/
• 关键词: 高温でのRO形成; DSC測定; 一残基置換; アミロイド線維; 蛋白質工学; 高温でのRO形成; DSC測定; 一残基置換; アミロイド線維; 蛋白質工学

令和4年度は2種類の小型球状蛋白質（PSD95-PDZ3、Lysozyme）をモデル蛋白質とし、DSC装置を用いた熱測定を中心に行った。まずPDZ3では、結晶中のオリゴマー接触面に存在する親水性アミノ酸（Asn326）を疎水性アミノ酸（Leu）に一残基置換するだけで、DSCサーモグラムで観測される吸熱ピークが1本から2本に増えた。この結果から、PDZ3変異体では高温でのRO形成が人工的に促進されており、RO形成には分子表面の疎水性アミノ酸が重要な役割を果たしたと推測される。また上記の変異体では、高温条件下で生じるアミロイド線維の量が大幅に増えており、ROがアミロイド線維の前駆体である可能性も示唆された。さらにPDZ3野生型に対して、昇温速度を20-60℃/minの範囲で変えてDSC測定を行い、熱変性過程の速度論的な解析を行った。その結果、熱力学的パラメーターは昇温速度に依存していないことが判明しており、PDZ3野生型の熱変性は分オーダーでは平衡に達していると考えられる。上記のPDZ3に関する研究成果は、査読付き英語論文1報（Molecules）、国内学会3件（日本生物物理学会など）で発表済みである。またLysozymeをモデル蛋白質にしたROの物性測定は現在進行中であり、DSC装置を用いた熱測定だけでなく、蛍光装置を用いた高温での物性測定も行っている。様々な溶媒条件下でROの熱安定性やサイズに関する情報を得ることで、まずはLysozyme野生型がRO形成しうる要因を調べていく。またLysozymeは酸性pHで加熱するとアミロイド線維を形成しやすいことが判明しており、ROを生じやすい溶媒条件下ではアミロイド線維も優先的に形成されるのか、合わせて確認したい。

在2022年，将两种类型的小球蛋白（PSD95-PDZ3，溶菌酶）用作模型蛋白，主要使用DSC设备进行热测量。首先，在PDZ3中，在晶体中的低聚物接触表面上存在的亲水性氨基酸（ASN326）被疏水氨基酸（LEU）取代，并且在DSC热图上观察到的吸热峰从1增加到两个。从这些结果中可以猜测，PDZ3突变体在高温下人为地促进RO形成，并且该分子表面上的疏水性氨基酸在RO形成中起着重要作用。此外，在高温条件下发生的淀粉样纤维量显着增加，这表明RO可能是淀粉样蛋白纤维的前体。此外，对于PDZ3野生型，进行了DSC测量，温度上升速率在20-60°C/min的范围内进行了不同，并对热变性过程进行了动力学分析。结果表明，热力学参数不取决于温度升高，并且认为PDZ3野生型的热变性被认为在分数阶面达到了平衡。上述有关PDZ3的研究结果已在1个同行评审的英语论文（分子）和三个日本学术社会（例如日本生物物理学会）中发表。此外，目前正在使用溶菌酶作为模型蛋白的RO的物理特性正在进行中，并且不仅使用DSC设备进行热测量，而且还使用荧光装置在高温下测量了物理性能。通过在各种溶剂条件下获取有关RO的热稳定性和大小的信息，我们首先研究可能导致溶菌酶野生型形成RO的因素。还发现，溶菌酶在加热至酸性pH时更有可能形成淀粉样蛋白纤维，我们想确认在容易发生RO的溶剂条件下是否优先形成淀粉样蛋白纤维。