一本鎖ＲＮＡを認識する自然免疫受容体ＴＬＲの構造生物学的研究

• Project/Area Number: 15J12485
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Structural biochemistry
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 丹治 裕美 東京大学, 薬学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥2,800,000 (Direct Cost: ¥2,800,000); Fiscal Year 2017: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2016: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: TLR8 / アンタゴニスト / Z-loop / 自然免疫 / X線結晶構造解析 / ウィルス感染 / Toll様受容体 / TLR / 一本鎖RNA

Outline of Annual Research Achievements

一本鎖RNAを認識しウィルス感染や自己免疫疾患に関与する自然免疫系受容体TLR8について、その活性化を抑制するアンタゴニストとの複合体のX線結晶構造解析に成功した。本研究に用いたアンタゴニストは、コロラド大学ボルダー校のHang Yin教授らが開発したCU-CPT8m、CU-CPT9bと呼ばれる２種類であり、以下ではまとめてCU-CPT化合物と表記する。
構造解析を行った結果、アンタゴニスト結合型TLR8はリガンド非結合型構造と同様の不活性化型２量体を形成しており、アンタゴニストがTLR8の２量体界面の２箇所に結合していることが明らかになった。アンタゴニストは不活性化型２量体にのみ存在するポケットに結合しており、２量体を構成する各TLR8分子と複数の相互作用（水素結合、疎水性相互作用、スタッキング相互作用）を形成し、不活性化型２量体を安定化していた。アンタゴニストがTLR8の不活性化型２量体に結合し安定化することで、アゴニストの結合とそれに伴う活性化型２量体への構造変化を阻害すると考えられる。実際に、アンタゴニスト存在下ではTLR8にアゴニストが結合しなくなることを、等温滴定カロリメトリーを用いて示した。以上から、CU-CPT化合物に代表されるアンタゴニストは、TLR8の不活性化型２量体構造を安定化してTLR8の活性化を阻害していると結論付けた。
本知見は構造解析によって初めて得られたものであり、TLR8を標的とした自己免疫疾患治療薬の開発に寄与すると考えられる。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Colorado(米国)
• [Int'l Joint Research] University of Colorado(米国)
• [Int'l Joint Research] University of Kansas(米国)
• [Journal Article] Small-molecule inhibition of TLR8 through stabilization of its resting state (2018)
  • Author(s): Zhang, S., Hu, Z., Tanji, H., Jiang, S., Das, N, Li, J., Sakaniwa, K., Jin, J., Bian, Y., Ohto, U., Shimizu, T., Yin, H.
  • Journal Title: Nature Chem. Biol. Volume: 14 Issue: 1 Pages: 58-64
  • DOI: 10.1038/nchembio.2518
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Autoinhibition and relief mechanism by the proteolytic processing of Toll-like receptor 8. (2016)
  • Author(s): Tanji, H., Ohto, U., Motoi, Y., Shibata, T., Miyake, K., & Shimizu, T.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. U S A Volume: 113 Issue: 11 Pages: 3012-3017
  • DOI: 10.1073/pnas.1516000113
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structural Analysis Reveals that Toll-like Receptor 7 Is a Dual Receptor for Guanosine and Single-Stranded RNA (2016)
  • Author(s): Zhang Z, Ohto U, Shibata T, Krayukhina E, Taoka M, Yamauchi Y, Tanji H, Isobe T, Uchiyama S, Miyake K, Shimizu T
  • Journal Title: Immunity Volume: 45 Issue: 4 Pages: 737-748
  • DOI: 10.1016/j.immuni.2016.09.011
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Toll-like receptor 8 senses degradation products of single-stranded RNA. (2015)
  • Author(s): Tanji H, Ohto U, Shibata T, Taoka M, Yamauchi Y, Isobe T, Miyake K,
  • Journal Title: Nat Struct Mol Biol. Volume: 22 Issue: 2 Pages: 109-115
  • DOI: 10.1038/nsmb.2943
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structural basis of CpG and inhibitory DNA recognition by Toll-like receptor 9. (2015)
  • Author(s): Ohto, U., Shibata, T., Tanji, H., Ishida, H., Krayukhina, E., Uchiyama, S., Miyake, K., Shimizu, T.
  • Journal Title: Nature Volume: 520 Pages: 702-705
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The Imidazoquinoline Toll-Like Receptor-7/8 Agonist Hybrid-2 Potently Induces Cytokine Production by Human Newborn and Adult Leukocytes. (2015)
  • Author(s): Ganapathi, L., Van Haren, S., Dowling, D. J., Bergelson, I., Shukla, N. M., Malladi, S. S., Balakrishna, R., Tanji, H., Ohto, U., Shimizu, T., David, S. A., & Levy, O.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 10 Issue: 8 Pages: 0134640-0134640
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0134640
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structure-based Design of Human TLR8-specific Agonists with Augmented Potency and Adjuvanticity. (2015)
  • Author(s): Beesu, M., Caruso, G., Salyer, A., Khetani, K., Sil, D., Weerasinghe, M., Tanji, H., Ohto, U., Shimizu, T., & David, S. A.
  • Journal Title: J. Med. Chem. Volume: 58 Issue: 19 Pages: 7833-7849
  • DOI: 10.1021/acs.jmedchem.5b01087
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] TLR8阻害剤による阻害機構の解明 (2017)
  • Author(s): 丹治裕美、大戸梅治、清水敏之
  • Organizer: CREST平成29年度領域会議
• [Presentation] Structural studies of innate immune RNA receptor human TLR8 (2016)
  • Author(s): Tanji, H., Ohto, U., Shibata, T., Miyake, K., Shimizu, T.
  • Organizer: 14th Conference of the Asian Crystallographic Association
  • Place of Presentation: Hanoi (Vietnam)
  • Year and Date: 2016-12-04
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Structural studies of single-stranded RNA receptor TLR8 (2015)
  • Author(s): Hiromi Tanji, Umeharu Ohto, Takuma Shibaga, Kensuke Miyake, Toshiyuki Shimizu
  • Organizer: Toll 2015 Meeting
  • Place of Presentation: Marbella (Spain)
  • Year and Date: 2015-09-30
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 自然免疫系一本鎖RNA受容体TLR8の構造基盤 (2015)
  • Author(s): 丹治裕美、大戸梅治、柴田琢磨、田岡万悟、山内芳雄、礒邉俊明、三宅健介、清水敏之
  • Organizer: 第15回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: あわぎんホール（徳島県徳島市）
  • Year and Date: 2015-06-24
• [Book] 臨床免疫：アレルギー科 (2015)
  • Author(s): 丹治裕美、大戸梅治、清水敏之
  • Total Pages: 312
  • Publisher: 科学評論社