膜結合蛋白質の自己組織化を促進する、生体膜の作用メカニズム解明

阐明生物膜促进膜结合蛋白自组装的作用机制

• 批准号: 14J07513
• 负责人: 田中 耕路
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J07513/
• 关键词: 膜蛋白質; 自己組織化; 熱力学的解析; 速度論的解析; 蛋白質糖間相互作用; 蛋白質結晶構造解析; Pore forming toxin; 脂質膜のダイナミクス; 蛋白質の構造変化; 脂質膜の流動性; 糖鎖; 糖結合蛋白質

(1) FraC による糖鎖認識機構の解明生体膜は脂質のみからなるものではなく，その表面には様々な蛋白質，糖鎖が存在する．そのため生体膜を標的とする蛋白質(ウイルス・毒素)には膜表面の蛋白質や糖鎖を受容体とするものが多く存在する．本研究では，脂質のみを受容体とすると考えられてきたFraCが糖鎖結合能を有することを証明し，酸性糖鎖に対してより強く結合することを明らかにした．特に本年度は、FraCとGlcNAc(6S)との共結晶構造の決定を行った。また，FraCの糖鎖結合部位が脂質結合部位と重なっていることを示し，蛋白質による基質認識の二重特異性に関する知見を深めた．(2) 水溶性構造・膜貫通構造間での双方向的な蛋白質構造変化の実現PFTの膜孔形成に代表される水溶性蛋白質の膜蛋白質への変化は，準安定構造から安定構造への変化なので不可逆な過程であると考えられてきた．本研究では，FraC膜孔を可溶化する界面活性剤の交換によって，選択的に膜孔を水溶性単量体に構造変化させることを初めて達成した．研究では複数の界面活性剤を用い、様々な界面活性剤がFraC膜孔の安定化に及ぼす影響を系統的に解析した。分子種の同定はサイズ排除クロマトグラフィーによって行った。その結果、幾つかの界面活性剤は膜孔を単量体に変化させることが明らかになった。膜孔の単量体化を促進する界面活性剤の一つとしてオクチルグルコサイド(OG)に着目し、OG処理前後の蛋白質の結晶構造解析、熱安定性評価、保存安定性の評価を行った。以上の研究を通じて、本研究は蛋白質毒素の詳細な作用機序、および膜蛋白質の自己組織化が生体膜から受ける影響を解き明かした。

（1）通过淡水阐明糖基化机理该生物膜不是仅由脂质组成，而是其表面上存在各种蛋白质和糖基化。因此，靶向生物膜的许多蛋白质（病毒和毒素）都是在膜表面用作受体的蛋白质和糖链的蛋白质。在这项研究中，我们证明了被认为是脂质受体的FRAC具有结合聚糖的能力，并且与酸性聚糖具有更强的结合。特别是，今年确定了FRAC和GLCNAC（6s）的共结晶结构。此外，我们证明了FRAC的糖基化位点与脂质结合位点重叠，从而加深了我们关于蛋白质底物识别双特异性的发现。 （2）实现双向蛋白结构在水溶液和跨膜结构之间的变化。水溶性蛋白向膜蛋白的变化，例如PFT中的膜孔的形成，被认为是不可逆的过程，因为它们从亚稳态变为稳定结构。在这项研究中，我们首次实现了膜孔可以通过替换溶解Frac膜孔的表面活性剂来选择性地转化为水溶性单体。该研究使用多种表面活性剂系统地分析了各种表面活性剂对冰冻膜孔稳定的影响。通过大小排除色谱法鉴定了分子物种。结果表明，一些表面活性剂将膜孔转化为单体。以辛基葡萄糖剂（OG）为促进膜孔单体化的表面活性剂之一，我们进行了晶体结构分析，热稳定性评估以及OG处理前后蛋白质的储存稳定性评估。通过上述研究，这项研究揭示了蛋白质毒素的作用机理以及生物膜上膜蛋白自组装的作用。

项目成果

小孔形成毒素（ Pore forming Toxin ）活性発現機構の構造基盤

成孔毒素活性表达机制的结构基础

• 发表时间: 2015
• 作者: Koldo Morante;Jose M.M. Caaveiro;Koji Tanaka;Juan Manuel Gonzalez-Manas and Kouhei Tsumoto;Koji Tanaka;津本浩平
• 通讯作者: 津本浩平

膜孔形成蛋白質FraCの構造変化機構の解析：可溶性構造から膜貫通構造までの変遷

膜成孔蛋白FraC结构变化机制分析：可溶性结构向跨膜结构的转变

• 发表时间: 2014
• 作者: 田中耕路;Jose Caaveiro;津本浩平
• 通讯作者: 津本浩平

毒素FraCが形成する蛋白質と脂質からなる膜孔構造

由毒素 FraC 形成的蛋白质和脂质组成的膜孔结构

• 发表时间: 2014
• 作者: 田中耕路;Jose Caaveiro;Koldo Morante;Juan Manuel Gonzalez-Manas;津本浩平
• 通讯作者: 津本浩平