Published September 2024 | Version v1
Journal article

Structural and dynamical analysis of disease-related proteins by synchrotron radiation and neutron beam

  • 1. Hiroshima International University, Higashi-Hiroshima, Hiroshima (Japan)
  • 2. Chiba Cancer Research Institute, Chiba (Japan)

Description

Utilization of synchrotron radiation and neutron beam allows to investigate structural changes of biomolecules during the expression of biological functions, and molecular dynamics as a driving force of the structural changes. In amyloidosis such as Alzheimer's disease, deposition of amyloid fibrils, which are aggregates of the causative proteins, is a hallmark of the disease. It is known that some types of fibrils are more cytotoxic than other types of fibrils. Our recent study on a model protein has shown that 1) highly cytotoxic fibrils show enhanced atomic motions, 2) When they bind to phospholipid membranes (model of biomembranes), they caused a large disorder in the membrane structure while the content of antiparallel β-sheets increases in the fibrils, 3) less cytotoxic fibrils affect the membrane structure much less with structural changes of the fibrils in the opposite direction to the more cytotoxic fibrils. Part of the physical properties specific to highly cytotoxic fibrils are thus clarified. Another study using synchrotron radiation on the de novo oncoprotein NCYM has succeeded to reveal the details of its secondary structure, where α-helices and β-sheets are concentrated in the central part while other regions tend to be disordered, though there was no structural information on this protein before. Furthermore, our structural analysis of the complex of NCYM and a DNA aptamer which keeps NCYM in its active state has provided new information on how these two molecules interact upon complexation. In this paper, details of the above two research topics are introduced and discussed. (author)

Abstract (Japanese)

放射光と中性子の利用により,機能発現に伴う生体分子の構造変化や,その駆動力となる分子の熱揺らぎについての情報を得ることができる。アルツハイマー病など,アミロイドーシスに分類される疾患では,原因タンパク質が凝集したアミロイド線維の細胞内外への沈着が特徴であり,毒性の強い線維と弱い線維が存在する。筆者らは,アミロイドのモデルタンパク質を用いた中性子および放射光実験によって,1)毒性の強い線維は原子レベルの運動が活発であること,2)同線維がリン脂質膜(細胞膜のモデル)に結合すると膜構造を大きく乱し,反平行 β シート構造が増加すること,3)毒性の弱い線維は,膜構造に大きな影響を与えず,線維自身も前述と反対の構造変化を示すことを見出し,毒性の強い線維特有の物理的性質を明らかにした。また,神経芽腫などの転移に関わる NCYM タンパク質の研究では,これまで構造に関する知見が皆無であったが,放射光を用いることで,分子中心部に α ヘリックスや β シートが集積し,分子末端部は柔軟性の高い領域であることを明らかにした。さらに,NCYMを活性化状態に維持する DNA アプタマーの同定およびそれらの複合体の構造解析も行い,NCYM と DNA アプタマー間の結合様式に関する知見を得た。本稿では,これら最近の研究の詳細について述べる。(著者)

Additional details

Additional titles

Original title (Japanese)
放射光と中性子による疾病関連タンパク質の構造と揺らぎの解析

Publishing Information

Journal Title
Hoshako
Journal Volume
37
Journal Issue
5
Series
雑誌名:放射光
Journal Page Range
p. 287-296
ISSN
0914-9287

Optional Information

Notes
33 refs., 7 figs.