殺虫タンパク質の昆虫特異的な毒性を決定する受容体の解明とタンパク質工学への応用

• Project/Area Number: 15J08610
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Plant protection science
• Research Institution: Tokyo University of Agriculture and Technology
• Principal Investigator: 遠藤 悠 東京農工大学, 大学院生物システム応用科学府, 特別研究員(DC2)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: 殺虫性タンパク質 / Bacillus thuringiensis / Cry toxin / ABCトランスポーター

Outline of Annual Research Achievements

本年度はまず，「受容体に対する結合親和性を高めるとCry毒素の毒性も高まるはずである」という作業仮説を検証した．カイコガABCC3およびコクヌストモドキABCC4Aに対してCry毒素は非常に高い結合親和性を示し，「結合親和性の高低」と「受容体発現培養細胞の細胞傷害の高低」は概ね相関した．Cry毒素はABCトランスポーター以外にも複数の受容体分子が報告されているが，結合親和性の高低と受容体機能の高低に相関が認められるCry毒素受容体は，ABCトランスポーターが初めてである。すなわち，このことはABCトランスポーターがCry毒素改良のためのタンパク質工学の標的分子としてふさわしいことを示唆した．さらに，ABCトランスポーターのCry毒素に対する特異性は，細胞外ループのアミノ酸残基によって決定されることを明らかにした．つまり，Cry毒素の結合性を高めるにはこの細胞外ループ領域を標的とすればよいことが示唆された．
次に，「ABCトランスポーターに対して結合親和性の高まったCry毒素変異体の選抜」を試みようとしたが，難溶性の膜タンパク質であることもあり，ABCC2の大量調製のための条件検討に時間を要した。したがって，これを用いたタンパク質工学の実施には至らなかった．しかしながら，本研究の最終目的である「人為的な改変による有効なCry毒素の創出」は，結合解析によって理論的基盤が得られたこと，および受容体タンパク質の大量調製が可能になり実験系がほぼ構築されつつあることによって，当初よりもかなり現実味を帯びたものとなった．

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Water influx via aquaporin directly determines necrotic cell death induced by the Bacillus thuringiensis Cry toxin. (2017)
  • Author(s): Endo H, Azuma M, Adegawa S, Kikuta S, Sato R
  • Journal Title: FEBS Letters Volume: 591 Issue: 1 Pages: 56-64
  • DOI: 10.1002/1873-3468.12506
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Cry toxin specificities of insect ABCC transporters closely related to lepidopteran ABCC2 transporters (2017)
  • Author(s): Endo, H., Tanaka, S., Imamura, K., Adegawa, S., Kikuta, S. & Sato, R.
  • Journal Title: Peptides Volume: 印刷中 Pages: 86-92
  • DOI: 10.1016/j.peptides.2017.04.003
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The domain II loops of Bacillus thuringiensis Cry1Aa form an overlapping interaction site for two Bombyx mori larvae functional receptors, ABC transporter C2 and cadherin-like receptor (2017)
  • Author(s): Adegawa, S., Nakama, Y., Endo, H., Shinkawa, N., Kikuta, S., Sato, R.
  • Journal Title: Biochimica et Biophysica Acta Volume: 1865 Issue: 2 Pages: 220-231
  • DOI: 10.1016/j.bbapap.2016.11.011
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ABCトランスポーターとアクアポリンから見えてきたCry毒素の作用機構 (2016)
  • Author(s): 遠藤悠・佐藤令一
  • Organizer: 第12 回昆虫病理研究会シンポジウム
  • Place of Presentation: モンタナリゾート（宮城・岩沼）
  • Year and Date: 2016-09-15
• [Presentation] Aquaporins contribute to water influx into Sf9 cells intoxicated by Bacillus thuringiensis Cry toxin (2016)
  • Author(s): Endo, H, Azuma, M., and Sato, R
  • Organizer: International Congress on Invertebrate Pathology and Microbial Control and the 49th Annual Meeting of the Society for Invertebrate Pathology
  • Place of Presentation: Vinci Centre International de Congres de Tours（フランス・ツール
  • Year and Date: 2016-07-27
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The limited role of Bombyx mori ABCC3 as a Cry toxin receptor in comparison to ABCC2 (2016)
  • Author(s): Endo, H, Ichino, F., Adegawa, S. Tabunoki, H. and Sato, R.
  • Organizer: International Congress on Invertebrate Pathology and Microbial Control and the 49th Annual Meeting of the Society for Invertebrate Pathology
  • Place of Presentation: Vinci Centre International de Congres de Tours（フランス・ツール）
  • Year and Date: 2016-07-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] カイコガABCトランスポーターC2とC3のCry毒素受容体機能における比較解析 (2016)
  • Author(s): 遠藤悠、田中詩穂、市野史佳、天竺桂弘子、佐藤令一
  • Organizer: 平成28年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会（日本蚕糸学会第86回大会）
  • Place of Presentation: 京都工芸繊維大学松ヶ崎キャンパス（京都府・京都）
  • Year and Date: 2016-03-18
• [Presentation] 標的昆虫のABCトランスポーターを介して作用するCry毒素の解析 (2015)
  • Author(s): 遠藤悠、佐藤令一
  • Organizer: 平成27年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会（日本蚕糸学会第85回大会）
  • Place of Presentation: 北海道大学農学部総合研究棟他（北海道・札幌）
  • Year and Date: 2015-09-27
• [Presentation] Cry毒素の活性向上を目的とするABCC2を標的とした進化分子工学 (2015)
  • Author(s): 今村一博、中嶋夏子、遠藤悠、佐藤令一
  • Organizer: 平成27年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会（日本蚕糸学会第85回大会）
  • Place of Presentation: 北海道大学農学部総合研究棟他（北海道・札幌）
  • Year and Date: 2015-09-27
• [Presentation] 3ドメインCry毒素による細胞膨潤に関わる昆虫由来因子の解析 (2015)
  • Author(s): 遠藤悠、佐藤令一
  • Organizer: 第75回昆虫病理研究会
  • Place of Presentation: 北海道大学農学部総合研究棟他（北海道・札幌）
  • Year and Date: 2015-09-25
• [Presentation] Development of a Cry toxin activity-improving method based on the directed evolution that targets ABCC2 (2015)
  • Author(s): Kazuhiro Imamura, Natsuko Nakajima, Haruka Endo, Ryoichi Sato
  • Organizer: International Congress on Invertebrate Pathology and Microbial Control and the 48th Annual Meeting of the Society for Invertebrate Pathology
  • Place of Presentation: The University of British Columbia, Vancouver, Canada
  • Year and Date: 2015-08-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Functional range of insect ABCC transporters as a Cry toxin receptor (2015)
  • Author(s): Haruka Endo, Shiho Tanaka, Ryoichi Sato
  • Organizer: International Congress on Invertebrate Pathology and Microbial Control and the 48th Annual Meeting of the Society for Invertebrate Pathology
  • Place of Presentation: The University of British Columbia, Vancouver, Canada
  • Year and Date: 2015-08-11
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: http://web.tuat.ac.jp/~rsatolab/