ブックタイトル日本結晶学会誌Vol60No4

概要

日本結晶学会誌Vol60No4

放射光真空紫外円二色性分散計の開発と生体分子構造解析(a)[θ]×10 -3 / deg・cm 2・dmol -1(c)40302010Membran-boundstateNative state0-10-20160180200220240260Wavelength / nmPercentage / %100806040200(b)Native Membrane-boundUnorderedTurnβ-Strandα-Helix図7LD法を用いた生体膜と結合したα-ヘリックス構造の配向解析．（Orientation analysis ofα-helical structureinteracted with membrane using LD spectroscopy.）（a）α-ヘリックスの遷移モーメント，（b）フロー環境下でのリポソーム（生体膜）の形状変化，（c）LDから得られる膜表面に対するα-ヘリックスの配向構造，（d）フロー型LD測定システムの概略図．37）図8VUVCD-NN法による生体膜存在下・非存在下におけるα1-酸性糖タンパク質の構造解析．（Structuralanalysis ofα1-acid glycoprotein in the presence andabsence of membrane using VUVCD-NN method.）（a）VUVCDスペクトル，（b）二次構造含量，（c）二次構造配列．＊は薬物結合サイトを示す．30）するため，長時間測定に有効であり，またフロー中に添加物などを加えることもできる．ほかにも，せん断速度を高めることができる溶液試料封じ型のクエットフロー36LD装置）や生体膜とペプチドの混合固相膜を水和させることで生体膜に対するペプチドの配向構造を解析する配向CD（OCD：oriented CD）装置も開発されている．38）5.4相互作用環境下でのタンパク質の構造解析タンパク質のVUVCDスペクトルは，さまざまな実験条件下で測定可能なため，天然状態だけでなく，非天然状態のタンパク質の二次構造解析にも応用できる．そのため，pHや温度などの溶媒効果により構造変化した変性状態や，39）生体膜－タンパク質やタンパク質－タンパク質相互作用のような相互作用状態での構造研究も可能となる．ここでは，相互作用環境下にあるタンパク質として膜結合タンパク質およびアミロイド線維の構造解析について紹介する．5.4.1生体膜と相互作用したタンパク質生体膜と結合した水溶性タンパク質のコンフォメーションは，その相互作用機構や機能を理解する上で重要な情報であり，VUVCDは生体膜存在下のタンパク質の構造－機能研究に応用されている．40）アルツハイマー病にかかわるアミロイドβペプチド（Aβ）は，アミノ酸約40個からなり，神経細胞膜に多く含まれる糖脂質GM1ガングリオシドとの相互作用により，アミロイド線維を形成する．GM1存在下でAβのVUVCDスペクトル（～175 nm）を測定し構造解析した結果，α-ヘリックスやβ-ストランドなどの二次構造含量がGM1/Aβの濃度比に依存することがわかった．NMR日本結晶学会誌第60巻第4号（2018）法と組み合わせることで，ランダム構造であったAβが，GM1との相互作用によりα-ヘリックス構造を形成し，後にβ-ストランド構造に変化することがわかった．これによりGM1クラスターがAβ-Aβ相互作用を促進させることで，アミロイド線維が形成される機構が提案された．41）α1-酸性糖タンパク質（AGP）は，β-バレル構造を形成し，ステロイドホルモンなどの薬物と相互作用するが，生体膜（リポソーム）と相互作用するとα-ヘリックスがリッチな構造へと変化し，その結合能が弱まることがわかっている．42）図8aに，AGPの天然状態と生体膜存在下でのVUVCDスペクトル（260～160 nm）を，図8bに解析により得られた二次構造含量を示す．これらの図から，AGPは生体膜存在下でβ→α構造転移を起こすことがわかる．さらに，VUVCD-NN法によりアミノ酸配列上での二次構造の位置を予測した結果，AGPは天然状態では11本のβ-ストランドを有したが，生体膜存在下では7本のα-ヘリックス（A～G）を形成し（図8c），薬物結合部位の多くが構造変化することがわかった．これらの解析結果と各α-ヘリックスセグメントの正味電荷や両親媒性などの特性から，AGPは静電的な力で生体膜に近づき，特にAとGのα-ヘリックスが生体膜と相互作用することで全体的な構造変化が誘発され，AGPに結合していた薬物が放出される機構が提案された．30）ミエリンタンパク質は，神経系のミエリン鞘に多く含まれるタンパク質であるが，膜結合構造については不明な点が多い．生体膜結合サイトの候補である8種類のミエリンタンパク質フラグメントとリポソームとの相互作用をVUVCDとOCDで解析した結果，いずれのぺプチド205