【プレスリリース】凝集したタンパク質を再生する分子機械ClpBの動的な構造変化の可視化に成功

生命創成探究センターの内山進 客員教授および石井健太郎 博士らの研究グループは、凝集したタンパク質をほぐして再生する分子機械ClpBの動的な構造変化の直接観察に初めて成功したと、Nature Communications誌で論文発表しました。

 

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発表のポイント:
・凝集したタンパク質をほぐして再生する「脱凝集」機能を持つ分子機械ClpBの動的な構造変化を、高速原子間力顕微鏡により初めて直接観察することに成功した

・リング状のClpBの構造変化は、ネイティブ質量分析法、電子顕微鏡単粒子解析法、超遠心分析沈降速度法からも支持された

・ClpΒが持つ2つのATP結合部位の化学反応サイクルに応じてリングの構造が大きく変化すること、またこの変化が脱凝集活性に重要であることを明らかにした

・ClpBによる脱凝集の仕組みの一端を明らかにしたことで、凝集タンパク質が原因となる疾患の治療や有用タンパク質の品質維持など医療や産業への貢献が期待される

図1:高速AFMによるClpBリングの観察像(上)と模式図(下)。円型、らせん型、ねじれ半らせん型が観察された。上段のスケールバー(白線)は2 nm

 

概要:

ClpBはリング状の構造を持つタンパク質で、生命にとって有害な凝集タンパク質をほぐして再生する「脱凝集」機能を持ちます。ClpBは脱凝集の際、ATP(アデノシン3リン酸)のエネルギーを利用して、リング中央の孔にタンパク質を通すことで脱凝集すると考えられていましたが、その具体的な仕組みは分かっていませんでした。

このたび、本研究グループは、高速原子間力顕微鏡(高速AFM)を用い、ClpBリングの構造変化を直接観察することに初めて成功しました。ClpBリングの構造変化は、ネイティブ質量分析法、電子顕微鏡単粒子解析法、超遠心分析沈降速度法からも支持されました。これらの結果より、ClpBのリングはATPの結合・加水分解に応じて、円型・らせん型・ねじれた半らせん型と大きく構造変化することが明らかになりました。また、変異型ClpBを用いた解析により、これらの構造変化が脱凝集を引き起こす原動力となっていること、およびClpBが持つ2つのATP結合部位がそれぞれ固有の役割を担っていることを明らかにしました。

 

論文情報

掲載誌:Nature Communications

論文タイトル:Dynamic Structural States of ClpB Involved in Its Disaggregation Function

著者:

Takayuki Uchihashi†, Yo-hei Watanabe†*, Yosuke Nakazaki, Takashi Yamasaki, Hiroki Watanabe, Takahiro Maruno, Kentaro Ishii, Susumu Uchiyama, Chihong Song, Kazuyoshi Murata, Ryota Iino*, Toshio Ando* (†共同筆頭著者、*責任著者)

DOI: 10.1038/s41467-018-04587-w

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