"Unstructural biology" of alpha-synuclein, an intrinsically disordered protein related to the pathogenesis of Parkinson's disease

α-突触核蛋白的“非结构生物学”，一种与帕金森病发病机制相关的内在无序蛋白质

• 批准号: 20H03232
• 负责人: 藤原 悟
• 金额: $ 10.98万
• 依托单位: National Institutes for Quantum Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-20H03232/
• 关键词: 天然変性蛋白質; シヌクレイン; パーキンソン病; 中性子散乱; 蛋白質重水素化; X線小角散乱

本研究は、パーキンソン病発症と深く関係する蛋白質α-シヌクレイン（αSyn）のアミロイド線維形成の分子機構解明を目指し、アミロイド線維のなりやすさが異なる様々な条件下でのαSynのふるまいを明らかにすることを目的としている。研究成功のためには、試料調製技術の高度化、即ち中性子散乱において決定的に重要な蛋白質重水素化技術の高度化、並びに高収率での蛋白質精製法の確立が不可欠である。蛋白質重水素化については初年度に確立した重水素化緑藻ペプトン調製法に基づき、安定して重水素化蛋白質発現が可能な蛋白質重水素化法を確立した。さらに、本研究の中心である特定アミノ酸残基を「軽水素化」した重水素化蛋白質の調製法も確立した。また、同時に、高純度かつ高収率でαSynが得られる蛋白質精製法も確立した。こうした試料調製法の確立は、本研究の目的である中性子散乱実験実施の基盤となる重要な成果である。本研究では、小角散乱と中性子準弾性散乱を併用して、αSynの構造及びダイナミクスを明らかにすることを目的とするが、本年度は、中性子準弾性散乱実験を実施した。通常の軽水素化αSyn及び重水素化αSynに加えて、繊維化において独自の役割を持つといわれている3つの領域（N末端領域、NAC領域、C末端領域）のそれぞれに主として存在するアミノ酸残基のみを軽水素化した重水素化αSynを調製し、それらの中性子準弾性散乱実験を実施した。これらの試料により、それぞれの領域からのシグナルを強調したスペクトルを得ることができる。得られたデータを解析した結果、それぞれの領域によりダイナミクスの特徴が異なることが示された。特に、アミロイド線維のなりやすさが異なる溶液条件の変化に対するダイナミクス変化が異なることが明らかとなった。これは線維化開始のカギとなるふるまいの特定につながる重要な成果である。

本研究旨在阐明α-突触核蛋白（αSyn）（一种与帕金森病发病密切相关的蛋白质）形成淀粉样蛋白原纤维的分子机制，并阐明αSyn在不同条件下形成淀粉样蛋白原纤维的行为。目的是研究的成功，必须改进样品制备技术，即改进中子散射中至关重要的蛋白质氘化技术，并建立高产率的蛋白质纯化方法。关于蛋白质氘化，我们在第一年建立的氘化绿藻蛋白胨制备方法的基础上，建立了可以稳定表达氘化蛋白质的蛋白质氘化方法。此外，我们还建立了一种制备氘化蛋白的方法，其中特定氨基酸残基被“氘化”，这是本研究的重点。同时，我们还建立了一种蛋白质纯化方法，可以高纯度、高产量地获得αSyn。该样品制备方法的建立是一项重要成果，将为开展中子散射实验奠定基础，这也是本研究的目的。本研究的目的是结合小角散射和中子准弹性散射来阐明αSyn的结构和动力学，今年我们进行了中子准弹性散射实验。除了通常的轻氢化αSyn和氘化αSyn之外，氨基酸残基主要存在于三个区域（N端区域、NAC区域和C端区域）中，据称它们在纤维形成中具有独特的作用。制备了仅对基团进行氘化的氘代αSyn，并对其进行了中子准弹性散射实验。这些样本使得可以获得其中来自每个区域的信号被强调的频谱。对获得的数据进行分析表明，动态特征因地区而异。特别是，很明显，淀粉样原纤维形成的动力学因溶液条件的变化而不同。这是一个重要的结果，可以确定引发纤维化的关键行为。

项目成果

パーキンソン病関連蛋白質 α -シヌクレインの「非構造生物学」 構築

帕金森病相关蛋白α-突触核蛋白“非结构生物学”的构建

• 发表时间: 2021
• 期刊: 月刊「細胞」
• 作者: Furuike Yoshihiko;Ouyang Dongyan;Tominaga Taiki;Matsuo Tatsuhito;Mukaiyama Atsushi;Kawakita Yukinobu;Fujiwara Satoru;Akiyama Shuji;藤原悟
• 通讯作者: 藤原悟

Structural and dynamical properties of the disease-related mutants of α-synuclein

α-突触核蛋白疾病相关突变体的结构和动力学特性

• 发表时间: 2022
• 作者: 藤原悟;西久保開;池中健作;Cesar Aguirre;望月秀樹
• 通讯作者: 望月秀樹

Protonation states of hen egg-white lysozyme observed using D/H contrast neutron crystallography

D/H 对比中子晶体学观察鸡蛋清溶菌酶的质子化状态

• DOI: 10.1107/s2059798322004521
• 发表时间: 2022
• 期刊: Acta Crystallographica Section D Structural Biology
• 作者: Chatake Toshiyuki;Tanaka Ichiro;Kusaka Katsuhiro;Fujiwara Satoru
• 通讯作者: Fujiwara Satoru

Cross-scale analysis of temperature compensation in the cyanobacterial circadian clock system

• DOI: 10.1038/s42005-022-00852-z
• 发表时间: 2022-04-04
• 期刊: COMMUNICATIONS PHYSICS
• 影响因子: 5.5
• 作者: Furuike, Yoshihiko;Ouyang, Dongyan;Akiyama, Shuji
• 通讯作者: Akiyama, Shuji