慶應義塾大学学術情報リポジトリ(KOARA)KeiO Associated Repository of Academic resources

慶應義塾大学学術情報リポジトリ(KOARA)

ホーム  »»  アイテム一覧  »»  アイテム詳細

アイテム詳細

アイテムタイプ Article
ID
2019000007-20190090  
プレビュー
画像
thumbnail  
キャプション  
本文
2019000007-20190090.pdf
Type :application/pdf Download
Size :143.6 KB
Last updated :Dec 16, 2022
Downloads : 92

Total downloads since Dec 16, 2022 : 92
 
本文公開日
 
タイトル
タイトル 植物赤色光・近赤外光受容体蛋白質フィトクロムBのクライオ電子顕微鏡構造解析  
カナ ショクブツ セキショクコウ・キンセキガイコウ ジュヨウタイ タンパクシツ フィトクロム B ノ クライオ デンシ ケンビキョウ コウゾウ カイセキ  
ローマ字 Shokubutsu sekishokukō kinsekigaikō juyōtai tanpakushitsu fitokuromu B no kuraio denshi kenbikyō kōzō kaiseki  
別タイトル
名前 Structural study of red/far-red-light receptor protein phytochrome B by using cryo-electron microscopy  
カナ  
ローマ字  
著者
名前 中迫, 雅由  
カナ ナカサコ, マサヨシ  
ローマ字 Nakasako, Masayoshi  
所属 慶應義塾大学理工学部教授  
所属(翻訳)  
役割 Research team head  
外部リンク  
 
出版地
 
出版者
名前 慶應義塾大学  
カナ ケイオウ ギジュク ダイガク  
ローマ字 Keiō gijuku daigaku  
日付
出版年(from:yyyy) 2020  
出版年(to:yyyy)  
作成日(yyyy-mm-dd)  
更新日(yyyy-mm-dd)  
記録日(yyyy-mm-dd)  
形態
1 pdf  
上位タイトル
名前 学事振興資金研究成果実績報告書  
翻訳  
 
 
2019  
 
開始ページ  
終了ページ  
ISSN
 
ISBN
 
DOI
URI
JaLCDOI
NII論文ID
 
医中誌ID
 
その他ID
 
博士論文情報
学位授与番号  
学位授与年月日  
学位名  
学位授与機関  
抄録
植物が有するPhytochrome B(phyB、分子量130k)は、開環テトラピロールを発色団に持つ赤色光・近赤外光受容蛋白質である。phyBは暗中で赤色光吸収型(Pr型)にあるが、赤色光によって近赤外光吸収型(Pfr型)に光可逆的に変化する。Pfr型は細胞核内に移行して遺伝子制御蛋白質と相互作用し、様々な遺伝子の発現制御を通じて植物個体の光形態形成応答を誘起する。本研究では、電子顕微鏡などにより、Pr型の立体構造を明らかにすることを目指した。
構築済み発現系によって、シロイヌナズナ由来phyBの高純度標品を得、放射光X線小角散乱(SAXS)実験を実施した。phyBが二量体として存在することを明らかにするとともに、分子概形推定法を用いてPr型の分子概形を決定した。また、Pfr型で光可逆的凝集が生じることも明らかにした(Oide et al. (2019) FEBS J.)。
負染色Pr型の電子顕微鏡像分類から、SAXSモデルと大きさや形状が酷似した像が得られた。さらに、透過型クライオ電子顕微鏡を用いて急速凍結したPr型の分子像を観察した。扁平形状のphyBは、同程度の分子量を持つ球状蛋白質に比べてコントラストが低かったが、SAXSモデルと矛盾しない平均分類像を得た。しかし、0.1秒以内にphyB分子が凍結前の水薄膜表面にブラウン運動で到達し、選択配向と分子変性が生じている可能性が高く、三次元再構成像の分解能は0.8 nmにとどまっている。結晶化も含めて、気液界面での選択配向や変性を回避する方法を模索した。
phyBは、構造揺らぎが大きいと予想され、構造多形を考慮した解析方法が不可欠である。ドメイン運動が顕著な標準試料グルタミン酸脱水素酵素についてクライオ電子顕微鏡解析を行い、構造多形の近原子分解能三次元構造を明らかにし、ドメイン運動の自由エネルギー地形を推定法を考案した(Oide et al. (2020) FEBS J.)。また、電子顕微鏡では水和水分子の可視化が困難なことから、将来の構造解析に備え、人工知能を用いた水和構造予測プログラムの開発を試みた。
Plant phytochrome B (phyB) is a red/far-red-light receptor protein with phytochromobiline as a chromophore. PhyB is in red-light-absorbing (Pr) form in the dark. When irradiated by red light, phyB is converted to far-red-light absorbing (Pfr) form to control gene expression in nuclei. The activity of phyB in Pfr form induces various types of photomorphogenic responses in plants. In this study, the structure of Pr form was studied by using cryo-electron microscopy (cryoEM) and small-angle X-ray scattering (SAXS).
PhyB from Arabidopsis was expressed and purified by using a protocol established in our laboratory. The molecular organization and shape of Pr in solution were studied by SAXS using synchrotron X-rays at SPring-8. The SAXS profile revealed that phyB exists as a dimeric form. In addition, by applying an ab initio molecular shape determination algorithm with a protocol for selecting most probable molecular shape, the molecular model of Pr at a low resolution was determined. In addition, SAXS experiment revealed an aggregation property of Pfr form (Oide et al. (2019) FEBS J.).
The molecular shape of phyB was also studied by electron microscopy for negatively stained Pr. After two-dimensional classification, we obtained molecular images very similar to the SAXS model. CryoEM observations toward structure analysis at near-atomic resolution were carried out by using the latest model of cryo-electron microscopy. Purified phyB solution was irradiated by far-red light to accumulate Pr form before flash-cooling. Since phyB has a planar molecular shape, the contrast in electron miscopy images was lower than those of globular proteins with molecular weight of 280 K. Classification of picked up molecular images gave a set of averaged shape of Pr explained as different views of the SAXS model. However, probably because of Brownian motion of phyB in thin liquid film of 100-nm thickness, phyB molecules reach to the liquid-air interface within 0.1 s much longer than the time necessary to flash-cooling procedure. At the interface, phyB molecules are in preferred orientation and/or denaturation. Therefore, nominal resolution of a reconstructed three-dimensional electrostatic potential map is limited at 0.8 nm. To improve the resolution as well as to try crystallization, we are searching method necessary to avoid preferred orientation and denaturation.
Since phyB molecule is composed of six functional domains connected with loops, any structural analysis protocol incorporating structural heterogeneity in solution is necessary. In this study, we developed an analysis method to visualize metastable conformation and free-energy landscape of them from electron microscopy images. The method was applied to a standard specimen, glutamate dehydrogenase, and we successfully visualized four metastable conformations at near-atomic resolution with their free-energy differences(Oide et al. (2020) FEBS J.). In addition, electron miscopy is difficult to identify oxygen atoms of proteins and also water molecules in hydration layer. To propose molecular model of phyB including hydration layer, we started the development of software to predict hydration structure of any proteins by using deep learning.
 
目次

 
キーワード
 
NDC
 
注記

 
言語
日本語  

英語  
資源タイプ
text  
ジャンル
Research Paper  
著者版フラグ
publisher  
関連DOI
アクセス条件

 
最終更新日
Dec 16, 2022 10:40:06  
作成日
Dec 16, 2022 10:40:06  
所有者
mediacenter
 
更新履歴
Dec 16, 2022    インデックス を変更
 
インデックス
/ Public / 塾内助成報告書 / 学事振興資金研究成果実績報告書 / 2019年度
 
関連アイテム
 

ランキング

最も多く閲覧されたアイテム
1位 出生率及び教育投... (821) 1st
2位 『うつほ物語』俊... (490)
3位 新自由主義に抗す... (389)
4位 731部隊と細菌戦 ... (358)
5位 『疱瘡除』と『寿... (278)

最も多くダウンロードされたアイテム
1位 Predicting crypt... (2452) 1st
2位 家族主義と個人主... (1916)
3位 中和滴定と酸塩基... (570)
4位 731部隊と細菌戦 ... (564)
5位 猫オルガンとはな... (535)

LINK

慶應義塾ホームページへ
慶應義塾大学メディアセンターデジタルコレクション
慶應義塾大学メディアセンター本部
慶應義塾研究者情報データベース