216 研究系及び研究施設の現状
先導分子科学研究部門（客員・流動研究部門）
加 藤 晃 一（客員教授） （2004 年 10 月 16 日着任）
＊）
A -1) 専門領域：NMR 構造生物学、糖鎖構造生物学
A -2) 研究課題：
a) 生体を構成する主要な高分子である複合糖質およびタンパク質の精密立体構造解析 b) NMR を利用した生体高分子の相互作用と内部運動の解析
c) 超高磁場固体 NMR 法の生体高分子の高次構造解析への応用
A -3) 研究活動の概略と主な成果
a) 安定同位体標識法と超高磁場 N M R 計測を組み合わせることにより糖タンパク質の N M R 解析を行った。糖タンパ ク質としては免疫グロブリン G（IgG）の F c 領域を計測・解析の対象とし，帰属の確定した糖鎖・ポリペプチド主 鎖由来のシグナルをプローブとして用いて，糖鎖のトリミングに伴う F c 領域の構造変化を追跡した。その結果， 糖鎖を２糖にまで短鎖化すると F c レセプターの結合部位であるヒンジ領域下流に構造変化が誘起され，レセプター 結合能が消失することが明らかとなった。一方，生来的に特定の高次構造を形成していないタンパク質は一般に N M R シグナルの重なりが激しく解析が困難であるが，超高磁場 N M R 装置を積極的に活用することにより，そう した“ i ntri nsi cal l y di sordered protei n” の分光学的研究の可能性は大きく広がる。本年度は，典型的な i ntri nsi cal l y disordered protein であるa-synucleinの抗体エピトープ部位を決定するとともに部位特異的なリン酸基修飾に伴う分 子内相互作用を探査した。
b) マルチドメインタンパク質であるプロテインジスルフィドイソメラーゼ（P D I）の基質結合部位にあたるb’a’ ドメ インを対象として，ドメイン間の相互作用の解析を試みた。そのため，920M H z の N M R 装置を用いて得られた残 余双極子カップリング値とＸ線小角散乱のデータを利用して，還元状態のb’a’ ドメインの立体構造計算を行った。 得られた立体構造より，a’ ドメインの活性部位近傍と b’ ドメインの疎水性領域（b3 ストランド，a3 へリックス）
が還元条件下において近接していることが判明した。また，最近同定されたユビキチン様修飾分子である U f m1 の 水溶液中における立体構造とダイナミクスを 920MHz 超高磁場 NMR 装置を用いて解析した。Ufm1 の立体構造は， ユビキチンや N E D D8 と類似していたが，15N の緩和解析により，C 末端とその近傍が揺らいでいることが明らか となった。これらの部位はユビキチンや他のユビキチン様修飾分子において様々なリガンド結合部位に対応するこ とから，この揺らぎはこれらのタンパク質の幅広いリガンド特異性との関係が示唆された。
c) 固体 NMR は，水に不溶性の生体高分子の構造解析に対して威力を発揮する。多糖をモデル化合物として C P-MA S スペクトルを測定した。コンタクトタイムに依存した C P-MA S スペクトル変化に基づいて多糖の運動性に関する情 報を得ることができた。
B -1) 学術論文
M. NAKANO, C. MURAKAMI, Y. YAMAGUCHI, H. SASAKAWA, T. HARADA, E. KURIMOTO, O. ASAMI, T. KAJINO and K. KATO, “NMR Assignments of the b’ and a’ Domains of Thermophilic Fungal Protein Disulfide Isomerase,” J. Biomol. NMR 36, 44 (2006).
研究系及び研究施設の現状 217 R. KITAHARA, Y. YAMAGUCHI, E. SAKATA, T. KASUYA, K. TANAKA, K. KATO, S. YOKOYAMA and K. AKASAKA,
“Evolutionally Conserved Intermediates between Ubiquitin and NEDD8,” J. Mol. Biol. 363, 395–404 (2006).
Y. YAMAGUCHI, M. NISHIMURA, M. NAGANO, H. YAGI, H. SASAKAWA, K. UCHIDA, K. SHITARA and K. KATO,
“Glycoform-Dependent Conformational Alteration of the Fc Region of Human Immunoglobulin G1 as Revealed by NMR Spectroscopy,” Biochim. Biophys. Acta 1760, 693–700 (2006).
H. SASAKAWA, E. SAKATA, Y. YAMAGUCHI, M. KOMATSU, K. TATSUMI, E. KOMINAMI, K. TANAKA and K. KATO, “Solution Structure and Dynamics of Ufm1, a Ubiquitin-fold Modifier 1,” Biochem. Biophys. Res. Commun. 343, 21–26 (2006).
S. TASHIRO, M. TOMINAGA, Y. YAMAGUCHI, K. KATO and M. FUJITA, “Peptide Recognition. Encapsulation and a-Helix Folding of 9-residue Peptide within a Hydrophobic Dimeric Capsule of a Bowl-shaped Host,” Chem. Eur. J. 12, 3211–3217 (2006).
C. A. SANDOVAL, Y. YAMAGUCHI, T. OHKUMA, K. KATO and R. NOYORI, “Solution Structures and Behavior of Trans-RuH(h1-BH4)(binap)(1,2-diamine) Complexes,” Magn. Reson. Chem. 44, 66–75 (2006).
S. TASHIRO, M. TOMINAGA, Y. YAMAGUCHI, K. KATO and M. FUJITA, “Folding a De Novo Designed Peptide into an a-Helix through Hydrophobic Binding by a Bowl-Shaped Host,” Angew. Chem., Int. Ed. 45, 241–244 (2006).
B -4) 招待講演
K. KATO, “NMR Structural Biology of Molecular Recognition by Ubiquitin Ligases,” An AACR Special Conference in Cancer Research, Florida (U.S.A.), January 2006.
加藤晃一 , 「構造グライコミクスのアプローチ」, お茶の水女子大学「魅力ある大学院教育」イニシアティブ 「生命情報学を使 いこなす女性人材の育成」プログラムお茶の水女子大学総合生命科学 , 東京 , 2006年 1月.
加藤晃一 , 「超高磁場 NMR を用いたタンパク質・複合糖質の高次構造解析」, 蛋白質水溶液構造研究会 , つくば , 2006年 3月. 加藤晃一 , 「糖鎖構造生物学：ポスト構造ゲノミクスの課題」, お茶の水女子大学糖鎖科学研究教育センター 公開講演会 , 東京 , 2006年 4月.
加藤晃一 , 「構造グライコプロテオミクスへの NMR アプローチ」, 第６回日本蛋白質科学会 , 京都 , 2006年 4月.
K. KATO, H. SASAKAWA and Y. YAMAGUCHI, “920 MHz Ultra-High Field NMR Analysis of Proteins and Glycoconjugates,” ICOB-5 & ISCNP-25 IUPAC International Conference on Biodiversity and Natural Products, Kyoto (Japan), July 2006.
加藤晃一、山口芳樹、笹川拡明、神谷由紀子、矢木宏和、塚越晴子、堀川有希 , 「超高磁場 NMR を利用した糖鎖構造生物 学」, 第４回グライコミクス夏季シンポジウム, 浜松 , 2006年 8月.
加藤晃一、笹川拡明、中野路子、杉原隆広、山口芳樹 , 「920M H z NM R 装置を用いた生体高分子の構造解析」, 第５５回高 分子討論会 , 富山 , 2006年 9月.
加藤晃一 , 「タンパク質の細胞内品質管理システムの NMR 構造生物学」, 分子科学研究所コロキウム（第７９０回）, 岡崎 , 2006 年 10月.
加藤晃一 , 「タンパク質社会における糖鎖の役割」, お茶の水女子大学糖鎖科学研究教育セミナー特別シンポジウム｢ 分子と 認識の生命ドグマ ｣, 東京 , 2006年 10月.
加藤晃一 , 「細胞内のタンパク質社会の理解を目指した NMR 構造生物学」, 第１４回日本バイオイメージング学会学術集会 , 盛 岡 , 2006年 11月.
218 研究系及び研究施設の現状
K. KATO, “NMR Views of Protein Conjugation with Ubiquitin and Sugar,” The Fourth NIBB-EMBL Symposium. Biology of Protein Conjugation: Structure and Function, Okazaki (Japan), December 2006.
B -5) 特許出願
特願 2006-104554, ｢ 肝細胞癌マーカー及び肝細胞癌の検査法 ｣, 溝上雅史、加藤晃一、高橋禮子、小林淑子（名古屋市立大 学、（株）グライエンス）, 2006年 .
B -6) 受賞、表彰
加藤晃一 , 日本薬学会奨励賞 (2000).
B -7) 学会および社会的活動 学協会役員、委員
日本バイオイメージング学会 評議員 (1995- ). 日本生化学学会 評議員 (2002- ).
日本糖質学会 評議員 (2003- ). その他
株式会社グライエンス 科学技術顧問 (2004-2005). 株式会社グライエンス 取締役 (2005- ).
B -8) 他大学での講義、客員
お茶の水女子大学大学院人間文化研究科 , 「生物物理化学特論」, 2006年 4月 10日-11日. 名古屋大学大学院工学研究科 , 「糖鎖科学講義」, 2006年 9月 13日-14日.
お茶の水女子大学 , 客員教授 , 2006年 6月- .
B -10)外部獲得資金
基盤研究 ( C )(2), 「NM R 情報に基づく免疫グロブリン F c レセプターの分子認識とシグナル伝達機構の解明」, 加藤晃一 (1997 年 -1998年 ).
持田記念医学薬学振興財団研究助成金 , ｢ N M R 情報に基いた免疫グロブリン F c 領域におけるタンパク質間相互作用メカニ ズムの解明と制御 ｣, 加藤晃一 (2000 年 ).
医科学応用研究財団研究助成金 , ｢ 尿路結石マトリクスを構成する糖タンパク質オステオポンチンの分子構造と生活習慣病 の病態との相関の解析 ｣, 加藤晃一 (2000 年 ).
武田科学振興財団 薬学系研究奨励金 , ｢ 構造生物学的アプローチによる免疫系複合糖質の立体構造形成と分子認識機構 の解析 ｣, 加藤晃一 (2001年 ).
山田科学振興財団 研究援助金 , ｢ 糖タンパク質の立体構造形成および分子認識機構の構造生物学的解析 ｣, 加藤晃一 (2001年 ).
島津科学技術振興財団研究開発助成金 , ｢ 生体分子間相互作用および生体超分子の計測を指向したエレクトロスプレーイオ ン化質量分析装置の開発 ｣, 加藤晃一 (2001年 ).
研究系及び研究施設の現状 219 内藤記念科学振興財団研究助成金 , ｢ 多機能型シャペロン・カルレティキュリンの分子認識機構の解明 ｣, 加藤晃一 (2001年 ). 財団法人病態代謝研究会研究助成金 , ｢ 神経変性疾患に関与する細胞内タンパク質品質管理システムの構造生物学的研究 ｣, 加藤晃一 (2001年 ).
名古屋市立大学特別研究奨励費 , ｢NMR を利用したオステオポンチンの分子構造解析 ｣, 加藤晃一 (2001年 ).
基盤研究 (B), ｢ 免疫系で機能する複合糖質の立体構造形成と分子認識機構に関する構造生物学的研究 ｣, 加藤晃一 (2001年 -2002 年 ).
（財）水谷糖質科学振興財団研究助成金 , ｢NMR を利用した糖タンパク質の機能発現メカニズムの解析 ｣, 加藤晃一 (2002 年 ). 特定領域研究 ｢タンパク質の一生 ｣, ｢タンパク質社会における糖鎖の機能解明を目指した NMR 構造生物学 ｣, 加藤晃一 (2003 年 -2004年 ).
特定領域研究 ｢ ゲノム情報科学 ｣, ｢ 糖タンパク質の構造グライコミクスを展開するためのデータベース構築 ｣, 加藤晃一 (2003 年 -2004年 ).
財団法人科学技術交流財団 , ｢ 糖鎖科学名古屋拠点研究会 ｣, 加藤晃一 (2003年 -2004年 ).
（独）科学技術振興機構（プラザ育成研究調査）, 「糖鎖ライブラリーを活用したグライコミクス解析システムの開発」, 加藤晃一 (2004年 ).
経済産業省中部経済産業局（地域新生コンソーシアム研究開発事業）, 「糖鎖ライブラリーを活用した新規マイクロアレーの開 発」, 加藤晃一 (2004年 -2005年）.
特定非営利活動法人バイオものづくり中部 , 「糖鎖分科会」, 加藤晃一 (2005年 -2006年 ).
特定領域研究 ｢ グライコミクス｣, ｢NMR を利用した構造グライコミクス｣, 加藤晃一 (2005年 -2006年 ). 萌芽研究 , ｢ 味覚修飾タンパク質クルクリンの機能発現メカニズムの解明と応用 ｣, 加藤晃一 (2005年 -2006年 ). ノバルティス研究奨励金 , 「NMR 構造生物学によるパーキンソン病発症メカニズムの解明」, 加藤晃一 (2006年 ).
基盤研究 ( B ) , ｢ タンパク質分解における糖鎖修飾系とユビキチン修飾系のクロストークの構造的基盤 ｣, 加藤晃一 (2006年 -2007年 ).
C ) 研究活動の課題と展望
生体高分子溶液を対象に超高磁場 NMR 分光研究のための基盤は整備されたことを受けて，より精密な構造解析を指向した 応用研究を展開する。例えば，磁場配向性や常磁性効果を利用した糖鎖の系統的なコンフォメーション解析，微細な同位体 シフトを利用した生体高分子の構造情報の抽出，ペプチド・糖鎖・脂質からなる超分子系を対象とする計測・解析技術の開 発などを試みる。
＊）本務は名古屋市立大学大学院薬学研究科教授
