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酵母プリオンSup35によるオリゴマーとアミロイド線維形成のダイナミクスを高速原子間力顕微鏡で観察した
Dynamics of oligomer and amyloid fibril formation by yeast prion Sup35 observed by high-speed atomic force microscopy.
PMID: 32213585 PMCID: PMC7149427. DOI: 10.1073/pnas.1916452117.
抄録
酵母プリオン蛋白質Sup35は、内在的に障害された領域を含み、プリオン表現型の原因となるアミロイドフィブリルを形成している[]。高速原子間力顕微鏡(HS-AFM)を用いて、プリオン決定因子ドメイン(Sup35NM)とそのオリゴマーおよびフィブリルの形成をサブ秒およびサブ分子分解能で直接可視化した。その結果、最初は自由に動く尾状の領域を持つモノマーが画像に現れ、その後、約1.7nm、3〜4nmの大きさのオリゴマーが徐々に蓄積されていった。しかし、これらのオリゴマーはモノマーの存在下で2時間インキュベーションしてもフィブリルを形成しなかった。しかし、これらのオリゴマーをモノマー存在下で2時間培養してもフィブリルは形成されなかった。フィブリルの伸長は、離散的なステップを経ることなくスムーズに起こったことから、組み込まれたモノマーが徐々にクロスβ構造に変換されていることが示唆された。個々のオリゴマーは雲母表面上で互いに分離し、フィブリルからも同じ長さで分離していたが、これはおそらく自由に移動する無秩序領域による反発によるものであろう。これらのHS-AFM観察から、自由に動く尾部がフィブリルの末端に取り込まれ、徐々にクロスβ構造への構造変換が起こることが示唆された。
The yeast prion protein Sup35, which contains intrinsically disordered regions, forms amyloid fibrils responsible for a prion phenotype []. Using high-speed atomic force microscopy (HS-AFM), we directly visualized the prion determinant domain (Sup35NM) and the formation of its oligomers and fibrils at subsecond and submolecular resolutions. Monomers with freely moving tail-like regions initially appeared in the images, and subsequently oligomers with distinct sizes of ∼1.7 and 3 to 4 nm progressively accumulated. Nevertheless, these oligomers did not form fibrils, even after an incubation for 2 h in the presence of monomers. Fibrils appeared after much longer monomer incubation. The fibril elongation occurred smoothly without discrete steps, suggesting gradual conversions of the incorporated monomers into cross-β structures. The individual oligomers were separated from each other and also from the fibrils by respective, identical lengths on the mica surface, probably due to repulsion caused by the freely moving disordered regions. Based on these HS-AFM observations, we propose that the freely moving tails of the monomers are incorporated into the fibril ends, and then the structural conversions to cross-β structures gradually occur.