コフィリンが飽和結合したアクチン繊維の分子間相互作用を近原子分解能で解き明かす

以近原子分辨率阐明肌动蛋白纤维与饱和丝动蛋白结合的分子间相互作用

• 批准号: 13J02335
• 负责人: 田中 康太郎
• 金额: $ 2.11万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J02335/
• 关键词: アクチン; コフィリン; 単粒子解析; クライオ電子顕微鏡; 細胞骨格

電子顕微鏡画像処理プログラム Eos (安永、若林、1996)を用いて、らせん対称線維の単粒子解析プログラムを構築した。そのプログラムを用いて、コフィリンが飽和結合したアクチン線維（以下、cofilactin）の３次元構造を、クライオ電子顕微鏡像の単粒子解析により7.4 Å分解能で明らかにした。分子動力学計算によるモデル構築プログラム MDFF (Trabuco et al., 2008)を用いて、密度マップに基づくcofilactin原子構造モデルを構築した。D-loopはアクチン分子単量体において最もフレキシブルな部位であるが、アクチン線維形成時にはループ構造を取り、線維の上下のアクチン分子間を強固につなぐ重要な接着点として働くことがわかっている。また、コフィリンがアクチン線維に結合して線維の分子間相互作用を変えるためには、このD-loopによる接着点を弱体化する必要があると考えられていた。しかし本研究によるモデリングの結果、D-loopはαヘリックス構造としてモデル化した方が密度マップをよく説明するとわかった。αヘリックス構造をとると、D-loopの側鎖は隣接アクチン分子から離れる方向を向くため、コフィリンが分子間結合を破壊する文脈でこれは効率の良いシステムである。また、cofilactin原子構造モデルの静電ポテンシャルを計算して可視化したところ、ヘリックス構造へとフォールドしたD-loopが存在する空間は、アクチンの負電荷表面とコフィリンの正電荷表面に挟まれており、αヘリックスの電気双極子を安定化する方向の電場が生じているとわかった。この電場がD-loopのヘリックス構造転移を促進・安定化し、コフィリンの作用を助けている可能性がある。現在、コフィリンの正電荷表面の正電荷残基の電荷反転変異体・電荷消失変異体の発現系を構築し、電場の役割を実験的に確かめている。

Electronic 顕 micromirror portrait 処 Richard プ ロ グ ラ ム Eos (ernst & young, if Lin, 1996) を い て, ら せ ん said line d seaborne の 単 particle analytical プ ロ グ ラ ム を build し た. そ の プ ロ グ ラ ム を with い て, コ フ ィ リ ン が saturated combining し た ア ク チ ン line d (hereinafter, cofilactin) の を three yuan structure, ク ラ イ オ electronic 顕 micro mirror の 単 particle analytical に よ り 7.4 & # 197; The energy of decomposition is で, ら ら, に, た. Molecular dynamics calculation に よ る モ デ ル build プ ロ グ ラ ム MDFF (Trabuco et al., 2008) を い て, density マ ッ プ に base づ く cofilactin atomic structure モ デ ル を build し た. D - loop は ア ク チ ン molecular 単 quantity body に お い て most も フ レ キ シ ブ ル な parts で あ る が, ア ク チ ン line D formed に は ル ー プ tectonic を り, up and down line D の の ア ク チ ン intermolecular を strong に つ な ぐ important な then point と し て 働 く こ と が わ か っ て い る. ま た, コ フ ィ リ ン が ア ク チ ン line D に combining し て line D の intermolecular interactions を - え る た め に は, こ の D - loop に よ る を weak body turn and then point す る necessary が あ る と exam え ら れ て い た. し か し this study に よ る モ デ リ ン グ の results, D - loop は alpha ヘ リ ッ ク ス tectonic と し て モ デ ル change し た party が density マ ッ プ を よ く illustrate す る と わ か っ た. Alpha ヘ リ ッ ク ス tectonic を と る と, D - loop の side chain は 隣 meet ア ク チ ン molecular か ら from れ を る direction to く た め, コ フ ィ リ ン が intermolecular combining を broken 壊 す る context で こ れ は good working rate の い シ ス テ ム で あ る. ま た, cofilactin atomic structure モ デ ル の electrostatic ポ テ ン シ ャ ル を computing し て visualization し た と こ ろ, ヘ リ ッ ク ス tectonic へ と フ ォ ー ル ド し た D - loop が exist す る space は, ア ク チ ン の negatively charged surface と コ フ ィ リ ン の positively charged surface に carry ま れ て お り, alpha ヘ リ ッ ク ス の electric 気 dipole を stabilization In the する direction, the <s:1> electric field が generates じて るとわ るとわ った った. こ の electric field が D - loop の ヘ リ ッ ク ス structure planning move を promote stabilization し, コ フ ィ リ ン の role を help け て い る possibility が あ る. Now, コ フ ィ リ ン の positively charged surface の positively charged residues の charge against planning - variants, charge disappear - variant の 発 now cut を の を build し, electric field service be 験 に か indeed め て い る.

项目成果

Elucidation of structural change in actin filament invoked by cofilin

阐明丝切蛋白引起的肌动蛋白丝的结构变化

• 发表时间: 2015
• 作者: Tatsunori Shindo;Masayoshi Tokuda;Hideto Minami;Kotaro Tanaka
• 通讯作者: Kotaro Tanaka

Structural analysis of the cofilin-decorated actin filament by cryo trans mission electron microscopy

冷冻透射电子显微镜对丝切蛋白修饰的肌动蛋白丝的结构分析

• 发表时间: 2014
• 作者: Nakamura;C.;Arai;M.;Hirose;Y.;& Flynn;S.;Kageyama Yohei;田中 康太郎
• 通讯作者: 田中 康太郎

コフィリンの結合によるアクチン線維構造変化の解析

肌丝蛋白丝切蛋白结合导致肌动蛋白纤维结构变化的分析

• 发表时间: 2015
• 作者: 田中康太郎;崎山智恵子;光岡薫;糟屋大介;前田雄一郎;成田哲博
• 通讯作者: 成田哲博