生物系特定産業技術研究支援センター

新技術・新分野創出のための基礎研究推進事業

2003年度 研究成果

NMRによる機能未知タンパク質の動的構造解析と機能の推定に関する基礎的研究

研究課題名

研究項目及び実施体制

NMRによる機能未知タンパク質の動的構造解析と機能の推定に関する基礎的研究
(山崎俊正/独立行政法人農業生物資源研究所)

研究の目的

ゲノムプロジェクトの進展に伴い、分子機能が特定されていない有用遺伝子が多数見出されている。これら有用遺伝子の機能と機能発現機構を解明することはゲノム情報の戦略的バイオテクノロジー利用に大きな道を拓く。本研究は、機能の発現体であるタンパク質の立体構造と分子運動性を解析することにより効率的に機能未知遺伝子の機能を予測・特定する新しい研究法の確立を目指す。

研究の内容

NMR法により原子レベルの分解能で決定したタンパク質の動的構造について、原子団の3次元配置と化学的性質に基づいて分子表面のトポケミストリーを解析し機能と機能性残基を推定する。推定機能は生化学実験により検証する。推定した機能性残基は、点変異タンパク質およびタンパク質/ターゲット分子複合体のNMR解析により検証する。

主要な成果

  • タンパク質は、立体構造上に3次元配置された機能性原子団がターゲット生体分子上に同様の規則で配置された機能性原子団を認識して生体超分子を形成して、機能を発現する。我々は、機能未知タンパク質の立体構造上に位置する原子団の3次元配置を化学的性質を考慮した上で数値解析することにより機能と機能発現機構を予測・特定するトポケミストリー解析法を提唱した。
  • 電子伝達タンパク質フェレドキシンFdのFd NADP+還元酵素FNR認識機構を解明し、トポケミストリー解析法の正当性を実証した。
  • 植物タンパク質レグインスリンのインスリン様活性の発現機構を解明した。
  • 大腸菌細胞分裂に関与する新規機能未知タンパク質YhhPの機能性残基を特定することに成功した。
  • エリシター誘導性の機能未知イネ遺伝子EL5がユビキチンリガーゼとして機能することを予測し、これを実証することに成功した。
  • 高等植物のB型レスポンスレギュレータに保存される機能未知ドメインBモチーフの機能の特定に成功した。
  • HTH型およびZF型転写因子のDNA認識機構について理論モデルを構築した。

見込まれる波及効果

タンパク質機能のトポケミカルモデル化は機能素子である原子団の3次元配置を具現化することであり、創薬等の新機能生体分子の設計や生物機能の改変など生物学的利用にとどまらず、化学物質に生体機能を付与するような高機能分子システムの構築など合成化学的利用にも資する。

主な発表論文

  • Katoh E., et al. : High precision NMR structure of YhhP, a novel Escherichia coli protein implicated in cell division: J. Mol. Biol., 304: 219-229 (2000)
  • Kurisu G., et al. : Struture of the electron transfer complex between ferredoxin and ferredoxin-NADP+ reductase: Nature Struct. Biol., 8: 117-121 (2001)
  • Hosoda K., et al. : Molecular structure of the GARP family of plant Myb-related DNA-binding motifs of the Arabidopsis response regulators: Plant Cell, 14: 2015-2029 (2002)
  • Yamazaki T., et al. : A possible function and the tertiary structure of a 4-kDa peptide in legumes: Eur. J. Biochem., 270: 1269-1276 (2003)
  • Katoh S., et al. : High precision NMR structure and function of the RING-H2 finger domain of EL5, a rice protein whose expression is increased upon exposure to pathogen derived oligosaccharides: J. Biol. Chem., 278: 15341-15348 (2003)

研究のイメージ

NMRによる機能未知タンパク質の動的構造解析と機能の推定に関する基礎的研究