NMR approach for the functional structural analyses of human membrane proteins

• Project/Area Number: 15H04340
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Structural biochemistry
• Research Institution: Yokohama City University
• Principal Investigator: Takahashi Hideo 横浜市立大学, 生命医科学研究科, 教授 (60265717)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 竹内 恒 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 研究チーム長 (20581284)
• Co-Investigator(Renkei-kenkyūsha): SAKAKURA Masayoshi 横浜市立大学, 大学院生命医科学研究科, 助教 (20334336)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥16,250,000 (Direct Cost: ¥12,500,000、Indirect Cost: ¥3,750,000); Fiscal Year 2017: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2016: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2015: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000)
• Keywords: NMR / 膜タンパク質 / 酵母

Outline of Final Research Achievements

In this study, we have developed a novel and cost-effective strategy for P. pastoris expression systems to selectively incorporate 13C into methyl groups of Val and Leu by using the alpha-ketoacid precursor. Methyl-specific isotopically-labeled samples are quite pivotal for investigating the structures and interactions of large macromolecules such as membrane proteins by solution NMR. We further established an experimental procedure to prepare NLP-reconstituted human membrane protein (C99) which allows analyzing membrane proteins in lipid bilayer membranes by solution NMR. Our NMR analysis revealed that the lipid composition in the bilayer remarkably influences structure and dynamics of the transmembrane helix region.

Research Products

• [Journal Article] Structural mechanisms for the S-nitrosylation-derived protection of mouse galectin-2 from oxidation-induced inactivation revealed by NMR (2018)
  • Author(s): Sakakura M, Tamura M, Fujii N, Takeuchi T, Hatanaka T, Kishimoto S, Arata Y, and Takahashi H.
  • Journal Title: FEBS J. Volume: 285 Issue: 6 Pages: 1129-1145
  • DOI: 10.1111/febs.14397
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mixed pyruvate labeling enables backbone resonance assignment of large proteins using a single experiment. (2018)
  • Author(s): Robson S, Takeuchi K, Boeszoermenyi A, Coote P, Dubey A, Hyberts S, Wagner G, and Arthanari H.
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 9 Issue: 1 Pages: 356-356
  • DOI: 10.1038/s41467-017-02767-8
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 15N detection harnesses the slow relaxation property of nitrogen: Delivering enhanced resolution for intrinsically disordered proteins. (2018)
  • Author(s): Chhabra S, Fischer P, Takeuchi K, Dubey A, Ziarek JJ, Boeszoermenyi A, Mathieu D, Bermel W, Davey NE, Wagner G, Arthanari H.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA Volume: 115 Issue: 8 Pages: 1710-1719
  • DOI: 10.1073/pnas.1717560115
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Allosteric activation of membrane-bound glutamate receptors using coordination chemistry within living cells (2016)
  • Author(s): Shigeki Kiyonaka, Ryou Kubota, Yukiko Michibata, Masayoshi Sakakura, Hideo Takahashi, Tomohiro Numata, Ryuji Inoue, Michisuke Yuzaki, Itaru Hamachi
  • Journal Title: Nat. Chem. Volume: 8 Issue: 10 Pages: 958-967
  • DOI: 10.1038/nchem.2554
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Nitrogen-detected TROSY yields comparable sensitivity to proton-detected TROSY for non-deuterated, large proteins under physiological salt conditions (2016)
  • Author(s): K. Takeuchi, H. Arthanari, M. Imai, G. Wagner, I. Shimada
  • Journal Title: Journal of Biomolecular NMR Volume: 64 Issue: 2 Pages: 143-151
  • DOI: 10.1007/s10858-016-0015-3
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Revisiting the Field Dependence of TROSY Sensitivity (2016)
  • Author(s): K. Takeuchi, H. Arthanari, and G. Wagner
  • Journal Title: Journal of Biomolecular NMR Volume: 66 Issue: 4 Pages: 221-225
  • DOI: 10.1007/s10858-016-0075-4
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structural reverse genetics study of the PI5P4Kβ-nucleotide complexes reveals the presence of the GTP bioenergetic system in mammalian cells (2016)
  • Author(s): K. Takeuchi, M. Senda, Y. H. Lo, S. Kofuji, Y. Ikeda, A. T. Sasaki, T. Senda
  • Journal Title: FEBS Journal Volume: 283 Issue: 19 Pages: 3556-3652
  • DOI: 10.1111/febs.13739
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Suppression of problematic compound oligomerization by cosolubilization of nondetergent sulfobetaines (2015)
  • Author(s): Y. Mizukoshi, K. Takeuchi, M. Arutaki, T. Takizawa, H. Hanzawa, H. Takahashi, and I. Shimada
  • Journal Title: ChemMedChem Volume: 10 Pages: 736-741
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 創薬研究への応用を指向したNMR相互作用解析技術 (2015)
  • Author(s): 高橋栄夫
  • Journal Title: Bulletin of the Nuclear Magnetic Resonance Society of Japan Volume: 6 Pages: 23-30
  • NAID: 40020653362
• [Journal Article] Nitrogen detected TROSY at high field yields high resolution and sensitivity for protein NMR (2015)
  • Author(s): K. Takeuchi, H. Arthanari, I. Shimada, and G. Wagner
  • Journal Title: J Biomol NMR Volume: 63 Pages: 323-331
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] NMRを用いたAMPA型グルタミン酸受容体リガンド結合ドメインの機能構造解析 (2018)
  • Author(s): 坂倉正義、大久保優美、亀浦友斗、藤井萌、高橋栄夫
  • Organizer: 日本薬学会第138年会
• [Presentation] NMRを用いたAMPA型グルタミン酸受容体リガンド結合ドメインの機能構造解析 (2017)
  • Author(s): 坂倉正義、亀浦友斗、大久保優美、山田有紗、伊東優拡、藤井萌、高橋栄夫
  • Organizer: 第17回日本蛋白質科学会
• [Presentation] Isotope labeling strategies for the NMR study of large proteins using yeast expression systems (2017)
  • Author(s): Hideo Takahashi
  • Organizer: J-PARC Workshop "Deuterated Materials Enhancing Neutron Science for Structure Function Applications"
  • Invited
• [Presentation] 酵母Pichia pastoris発現系を用いたメチル基選択的13C標識タンパク質試料の調製とNMR解析 (2017)
  • Author(s): 鈴木里佳、坂倉正義、森雅樹、藤井萌、高橋栄夫
  • Organizer: 第56回NMR討論会
• [Presentation] NMRを用いたS-ニトロソ化によるガレクチン-2の酸化的失活防御メカニズムの解明 (2017)
  • Author(s): 坂倉正義、田村真由美、武内智春、荒田洋一郎、高橋栄夫
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
• [Presentation] 好熱性細菌由来rhomboid proteaseの機能・構造解析 (2017)
  • Author(s): 畠山彩由子、坂倉正義、太田修平、藤井萌、高橋栄夫
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
• [Presentation] 酵母発現系を用いて調製したヒト膜タンパク質の物理化学的性状解析 (2017)
  • Author(s): 森雅樹、坂倉正義、鈴木里佳、高橋栄夫
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
• [Presentation] NMRを用いたロンボイドプロテアーゼの生物物理学的解析 (2017)
  • Author(s): 畠山彩由子、坂倉正義、太田修平、藤井萌、高橋栄夫
  • Organizer: 日本薬学会第137年会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター(宮城県仙台市)
• [Presentation] NMRを用いたヒト膜タンパク質FLAPの物理化学的性状解析 (2017)
  • Author(s): 森雅樹、坂倉正義、鈴木里佳、伏見威俊、高橋栄夫
  • Organizer: 日本薬学会第137年会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター(宮城県仙台市)
• [Presentation] NMRを用いた脂質二重膜中におけるヒト膜タンパク質C99の解析 (2016)
  • Author(s): 真嶋健大、坂倉正義、藤井萌、三尾和弘、高橋栄夫
  • Organizer: 日本薬学会第136年会
  • Place of Presentation: 神奈川・パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-03-26
• [Presentation] セラミド輸送蛋白質CERTのPHドメイン－Golgi体間結合がCERTのリン酸化によって抑制される構造基盤：溶液NMR法による解析 (2016)
  • Author(s): 杉木俊彦、熊谷圭吾、江川大地、児嶋長次郎、藤原敏道、竹内恒、嶋田一夫、花田賢太郎、高橋栄夫
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
• [Presentation] NMRを用いた相同組換え反応の補助因子Sfr1とリコンビナーゼRad51の相互作用解析 (2016)
  • Author(s): 栗原 美里、坂倉 正義、真木 孝尚、村山 泰斗、岩崎 博史、高橋 栄夫
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
• [Presentation] NMRを用いた脂質二重膜中における1回膜貫通型タンパク質C99の構造解析 (2016)
  • Author(s): 真嶋健大、坂倉正義、藤井萌、三尾和弘、Charles R. Sanders、高橋栄夫
  • Organizer: 第55回NMR討論会
  • Place of Presentation: 広島国際会議場（広島県広島市）
• [Presentation] 酵母Pichia pastoris発現系を用いて調製した安定同位体標識ヒト膜タンパク質のNMR解析 (2016)
  • Author(s): 坂倉正義、鈴木里佳、森雅樹、藤井萌、高橋栄夫
  • Organizer: 第55回NMR討論会
  • Place of Presentation: 広島国際会議場（広島県広島市）
• [Presentation] Structural Basis for the Optimum Signal Transduction via MAPK p38a under the Stress-associated ATP-depleted, Low pH Condition Elucidated by Solution NMR (2016)
  • Author(s): Y. Tokunaga, K. Takeuchi, H. Takahashi and I. Shimada
  • Organizer: XXVIIth International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems
  • Place of Presentation: 京都国際会館（京都府京都市）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Dynamic Multidrug Recognition and Transcriptional Regulation by a Multidrug Transcriptional Repressor LmrR (2016)
  • Author(s): K. Takeuchi, Y. Tokunaga, M. Imai, H. Takahashi, and I. Shimada
  • Organizer: XXVIIth International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems
  • Place of Presentation: 京都国際会館（京都府京都市）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Methyl-Selective Isotope Labeling Strategy Using the Yeast Pichia pastoris (2016)
  • Author(s): R. Suzuki, M. Sakakura, and H. Takahashi
  • Organizer: XXVIIth International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems
  • Place of Presentation: 京都国際会館（京都府京都市）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] NMR Analyses of Human Transmembrane Protein C99 in Lipid Bilayers (2016)
  • Author(s): M. Sakakura, T. Mashima, M. Fujii, K. Mio, C. R. Sanders, and H. Takahashi
  • Organizer: XXVIIth International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems
  • Place of Presentation: 京都国際会館（京都府京都市）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Isotope labeling strategies for the study of large proteins using yeast expression systems (2016)
  • Author(s): Hideo Takahashi
  • Organizer: The 5th International Symposium on Drug Discovery and Design
  • Place of Presentation: 理化学研究所横浜キャンパス（神奈川県横浜市）
  • Invited
• [Presentation] NMRによる分子間相互作用解析 Screening and beyond (2016)
  • Author(s): 高橋栄夫
  • Organizer: 平成28年度日本分光学会NMR分光部会集中講義
  • Place of Presentation: 東京大学薬学部（東京都文京区）
  • Invited
• [Presentation] Ligand-induced structural change in AMPAR-LBD: Revisited (2016)
  • Author(s): 高橋栄夫
  • Organizer: 理化学研究所Pioneering Project "Dynamical Structural Biology" キックオフ会議
  • Place of Presentation: 理化学研究所（埼玉県和光市）
• [Presentation] NMR解析を指向した酵母Pichia pastoris発現を用いた安定同位体標識試料の調製 (2016)
  • Author(s): 鈴木里佳、坂倉正義、藤井萌、森雅樹、高橋栄夫
  • Organizer: 第16回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡県福岡市）
• [Presentation] NMR approach for biomedical application (2015)
  • Author(s): Hideo Takahashi
  • Organizer: Pacifichem 2015: Biomolecular Structure and Dynamics: Recent Advances in NMR
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii, USA
  • Year and Date: 2015-12-17
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] NMRを用いた脂質二重膜中におけるヒト膜タンパク質の解析 (2015)
  • Author(s): 坂倉正義、真嶋健大、藤井萌、太田修平、小池賢一郎、高橋栄夫
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会・第88回日本生化学会大会合同大会
  • Place of Presentation: 兵庫・神戸ポートアイランド
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] NMR構造解析を指向した酵母発現系による安定同位体標識ヒト膜タンパク質試料の調製 (2015)
  • Author(s): 鈴木里佳、坂倉正義、太田修平、伏見威俊、高橋栄夫
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会・第88回日本生化学会大会合同大会
  • Place of Presentation: 兵庫・神戸ポートアイランド
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] 創薬研究におけるNMRの活用 (2015)
  • Author(s): 高橋栄夫
  • Organizer: 第33回メディシナルケミストリーシンポジウム
  • Place of Presentation: 千葉・幕張国際研修センター
  • Year and Date: 2015-11-25
  • Invited
• [Presentation] 高分解能、高感度な15N窒素核観測を 可能にする高磁場TROSY測定 (2015)
  • Author(s): 竹内恒
  • Organizer: 第54回NMR討論会
  • Place of Presentation: 千葉・千葉工業大学津田沼キャンパス
  • Year and Date: 2015-11-06