原子間力顕微鏡によるタンパク質1分子ダイナミクス研究の新展開

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タンパク質が有する基質との特異的な結合、触媒およびエネルギー変換といった種々の機能の作動機構を解明することは、生化学的興味だけでなく、タンパク質の工業的、医学的応用の面からも重要である。そのためには、タンパク質構造変化のキネティクスやゆらぎといった動的振る舞いを調べることが欠かせない。本研究では原子間力顕微鏡(AFM)を利用したタンパク質1分子フォーススペクトロスコピーを用いて(i)内部運動ダイナミクスに対する温度等の外部因子(環境)の影響、(ii)リガンドの結合といった生理学的な機能における内部運動ダイナミクスの役割の2点を明らかにすることを目的とした。(i)については筋タンパクタイチンのI27ドメインをモデルとして調べ、そのメカニカルアンフォールディング反応に対する温度の影響を2℃から30℃まで測定した。I27はある中間体を経てアンフォールドする。天然状態から中間体へのアンフォールディングは温度の影響を受けなかったが、一方で、中間体からのアンフォールディングは温度依存性であった。すなわちアンフォールドする部位によって温度の影響が全く異なるという興味深い結果が得られた。後者の過程についてフォーススペクトロスコピーから遷移状態のN-C末端間の距離を求めたところ、30℃では中間体より0.27nm長いが、2℃では0.19nmと30%減少することを見出した。熱ゆらぎ幅を見積もったところこれも顕著に減少していた。これは低温ではタンパク質が力学的に固くなっていることを意味している。この結果をナノスケールで熱ゆらぎを利用して働くタンパク質の作動機構の理解につなげていきたい。(ii)についてはp53をモデルとし、本年度は大腸菌を用いたタンパク質発現の条件検討を行った。