課題番号 ：S-16-MS-0013
利用形態 ：共同研究
利用課題名（日本語） ：神経変性疾患の発症に関わるタンパク質のコンフォメーション変化
Program Title (English) ：Conformational changes of proteins responsible for neurodegenerative diseases
利用者名（日本語） ：安齋樹1), 向山厚2), 秋山修志2), 古川良明1)
Username (English) ：I. Anzai1), A. Mukaiyama2), S. Akiyama2), Y. Furukawa1)
所属名（日本語） ：1) 慶應義塾大学理工学部, 2) 分子科学研究所協奏分子システム研究センター
Affiliation (English) ：1) Department of Chemistry, Keio University, 2) Research Center of Integrative Molecular Systems, Institute for Molecular Science

１．概要（Summary）
銅・亜鉛スーパーオキサイドディスムターゼ（SOD1）は、銅・亜鉛イオンを結合し、分子内ジスルフィド結合を形成することで活性化する酵素である。SOD1をコードする遺伝子に変異が生じると、筋萎縮性側索硬化症（ALS）を発症することが知られており、変異によるSOD1タンパク質の構造異常（ミスフォールディング）が神経変性の原因として提案されている。しかし、変異によってSOD1がどのようにミスフォールドするのか、その詳細なメカニズムは明らかとなっていない。そこで本課題では、X線小角散乱（SAXS）、及び、円二色性分光（CD）により、変異型SOD1の溶液構造を明らかにすることを試みた。

２．実験（Experimental）
金属イオンを結合していないアポ型の変異SOD1を作製し、高輝度X線発生装置（RA-Micro7, Rigaku）、及び、検出器（PILATUS 200K, DECTRIS）を設置した小角X線散乱装置（NANO-Viewer, Rigaku）を用いて、SAXS測定を行った。また、円二色性分散計（J-720WI, JASCO）を用いてCD測定を行った。

３．結果と考察（Results and Discussion）
アポ型SOD1の溶液構造について、CD、及び、SAXSの測定を10 oCから60 oCまで温度を増加させて行ったところ、SOD1の二次構造、及び、コンパクトな形状が熱変性によって消失する様子を確認することができた。特に、生理的な温度（37 oC）において、アポ型の変異SOD1は二次構造を消失していることがCD測定により分かったが、コンパクトな形状を維持していることがSAXS測定により明らかとなった。つまり、アポ型SOD1の熱変性過程は、単純な二状態転移で説明することができず、中間状態が存在することが考えられた。37 oCにおいては、病因性変異に伴ってSOD1は中間状態へと移行することから、ALSの発症に関わるミスフォールディングとの関連について議論することができた。

４．その他・特記事項（Others）
X線小角散乱、ならびに、円二色性分光の測定・解析は、協奏分子システム研究センターの秋山修志教授、向山厚助教の支援のもと行われた。

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) I. Anzai, E. Tokuda, A. Mukaiyama, S. Akiyama, F. Endo, K. Yamanaka, H. Misawa and Y. Furukawa, Protein Science, Vol.26（2017）p.p.484-496.
(2) I. Anzai, K. Toichi, E. Tokuda, A. Mukaiyama, S. Akiyama and Y. Furukawa, Frontiers in Molecular Biosciences, Vol.3（2016）Article 40.
(3) 安齋樹, 徳田栄一, 向山厚, 秋山修志, 古川良明, 日本化学会第９７春季年会, 平成29年3月18日
(4) I. Anzai, E. Tokuda, A. Mukaiyama, S. Akiyama and Y. Furukawa, 8th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference, 平成28年12月7日
(5) 安齋樹, 徳田栄一, 向山厚, 秋山修志, 古川良明, 第２６回金属の関与する生体関連反応シンポジウム, 平成28年6月17日
(6) 安齋樹, 向山厚, 秋山修志, 古川良明, 第１６回日本蛋白質科学会年会, 平成28年6月7日

６．関連特許（Patent）
なし