An Insight into the pathway of the amyloid fibril formation of hen egg white lysozyme obtained from a small-angle X-ray and neutron scattering study

X線及び中性子小角散乱により得られたニワトリ卵白リゾチームのアミロイド繊維形成経路についての知見

米澤 康滋*; 田中 晋平*; 久保田 智巳*; 若林 克三*; 油谷 克英*; 藤原 悟

Yonezawa, Yasushige*; Tanaka, Shimpei*; Kubota, Tomomi*; Wakabayashi, Katsuzo*; Yutani, Katsuhide*; Fujiwara, Satoru

アルツハイマー病等のアミロイドーシスに特徴的なアミロイド繊維は、広く種々の蛋白質において形成されることが知られている。アミロイド形成機構の解明はアミロイド疾患の治療,予防だけでなく、foldingや安定性に関係した蛋白質の性質そのものを考えるうえでも重要である。ニワトリ卵白リゾチーム(HEWL)は高エタノール濃度溶液中でアミロイド繊維を形成することが知られている。われわれはHEWLのアミロイド形成過程を調べるために、種々のエタノール濃度及び蛋白質濃度におけるHEWL溶液のX線及び中性子小角散乱実験を行った。その結果、エタノール濃度及び蛋白質濃度の関数としてのHEWLの構造状態は、単量体状態,2量体の形成状態,プロトフィラメントの形成状態,プロトフィラメント状態、そしてアミロイド繊維の形成状態に区別されることが示された。また、円二色性測定も併せて行い、HEWLの大きな2次構造変化は2量体形成の際にのみ起こることを明らかにした。さらに、それぞれの状態の詳しい構造キャラクタリゼーションを行い、2量体は細長い構造をとり、プロトフィラメントはその2量体が横向きに重なった構造、さらにアミロイド繊維形成はプロトフィラメント同士の会合によって起こることを明らかにした。

It is known that hen egg white lysozyme (HEWL) forms amyloid fibrils in highly concentrated ethanol solutions. In order to gain an insight into the mechanism of the amyloid fibril formation, the structures of HEWL in solutions of various protein and ethanol concentrations were investigated with small-angle X-ray and neutron scattering. It was shown that the structural states of HEWL were distinguished as the monomer state, the state of the dimer formation, the state of the protofilament formation, the protofilament state, and the state towards the formation of the amyloid fibrils. Circular dichroism measurements showed that the large changes in the secondary structures of HEWL occurred during the dimer formation. Structural characterization showed that the dimers had an elongated shape, the protofilaments were formed by stacking of the dimers with their long axis (nearly) perpendicular to the protofilament axis, and the changes of the structural states towards the amyloid fibril formation occurred via lateral association of the protofilaments.