蛋白質フォールディングの物理化学的解析

蛋白质折叠的理化分析

• 批准号: 14015207
• 负责人: 桑島 邦博
• 金额: $ 2.62万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14015207/
• 关键词: フォールディング; 速度論; 計算機シミュレーション; ストップトフロー; 分子動力学; プロリン異性化反応; 巻き戻り中間体

蛋白質フォールディング機構の研究は、本来、蛋白質一次配列や立体構造の経験的データーベースに基づく帰納的なアプローチとは相補的な関係にあり、ゲノム情報科学における根元的な課題として重要視されなければならない。本研究は、このような立場から、球状蛋白質フォールディングの統一的描像を実験と計算機シミュレーションを用いて確立することを目的とする。以下の研究成果が得られた。(1)プロリンを含まないスタフィロコッカル・ヌクレアーゼ(SNase)の巻き戻り反応をストップトフローpHジャンプ法により解析した。その結果、巻き戻り反応が複数の指数項で表される多相的な反応であることがわかった。一般に巻き戻りの多相性は変性状態におけるプロリン・ペプチド結合の遅い異性化反応に帰せられるが、上記の結果は、プロリン異性化以外にも多相性をもたらす要因があることを示している、ストップトフロー・ダブルジャンプの結果より、多相性の原因は、(i)SNaseの巻き戻り初期に複数の過渡的中間体が蓄積する、(ii)各中間体を通して複数の巻き戻り経路が存在する、の二点であることがわかった。今回の結果は、単一のポリペプチド鎖が複数のフォールディング経路を通って天然状態に至ることを明確に示した最初の例であり、今後、巻き戻りにおける複数経路の役割をさらに調べることが必要である。(2)ヤギαLAの大腸菌による組換え体(N末メチオニンあり)と真性体(メチオニンなし)の二種の蛋白質を対象に、分子動力学によるアンフォールディングシミュレーションを行なった。その結果、組換え体に付加しているN末端のメチオニン残基により、常温においてもN末端近傍の揺らぎが著しく大きくなることがわかった。今後、NMR等の実験等によりこれを確かめる必要がある。

蛋白质折叠机制的研究本质上是对基于蛋白质一级序列和三维结构的经验数据库的归纳方法的补充，并且必须被视为基因组信息科学的基本挑战。从这个角度来看，本研究的目的是通过实验和计算机模拟建立球状蛋白质折叠的统一图景。获得了以下研究结果。 (1)采用停流pH跳变法分析无脯氨酸葡萄球菌核酸酶(SNase)的解旋反应。结果，我们发现解旋反应是一个用多个指数项表示的多相反应。一般来说，解旋的多相性质归因于变性状态下脯氨酸-肽键的缓慢异构化反应，但上述结果从流动双结果表明，还有脯氨酸异构化以外的因素导致多态性。跳跃，多相性的原因是（i）SNase解旋初始阶段多个瞬时中间体的积累，以及（ii）通过每个中间体的多个解旋路径的存在。结果是两点。我们的结果首次清楚地证明了单个多肽链通过多个折叠途径达到其天然状态，并且有必要进一步研究多个途径在解折叠中的作用。 (2) 使用分子动力学对两种类型的蛋白质进行展开模拟，即大肠杆菌产生的山羊αLA的重组形式（带有N末端蛋氨酸）和真实形式（不含蛋氨酸）。结果发现，即使在室温下，添加至重组体的N末端甲硫氨酸残基也使得N末端附近的波动显着较大。未来需要通过NMR等实验来证实这一点。

项目成果

桑島 邦博: "蛋白質フォールディングの2つの描像:普遍的描像は可能か?"蛋白質 核酸 酵素. 47・6. 657-662 (2002)

Kunihiro Kuwashima：“蛋白质折叠的两张图片：通用图片可能吗？” 47・6（2002）。

K.Kuwajima: "The use of the time-resolved X-ray solution scattering for studies of globular proteins"Spectroscopy : an international J.. 16. 127-138 (2002)

K.Kuwajima：“使用时间分辨 X 射线溶液散射研究球状蛋白质”光谱学：国际 J.. 16. 127-138 (2002)