細胞接着に関わる糖鎖修飾機構の構造機能解明

• Project/Area Number: 16K07284
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Structural biochemistry
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 桑原 直之 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 研究員 (70506253)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2016: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: 筋ジストロフィー / 糖鎖修飾 / X線結晶構造解析 / O-マンノシル化 / 糖転移酵素 / O型糖鎖

Outline of Annual Research Achievements

ジストロフィン糖タンパク質複合体は筋肉や脳神経組織など多くの組織で重要な糖タンパク質複合体であり、細胞内骨格と細胞外マトリックスを物理的に繋げる 働きをしている。αジストログリカンはその複合体のサブユニットであり、細胞表面に局在している。αジストログリカンに付加されたO-マンノース型糖鎖が細 胞外マトリックスタンパクであるラミニンと直接相互作用し、そのO-マンノース型糖鎖の形成不全が先天性筋ジストロフィーを引き起こす。当該年度での研究で は、これまでのO-マンノース型糖鎖の形成に関わるFukutin-related protein (FKRP)の構造機能解析を基に変異体を用いた機能解析を行うことで構造機能相関を明らかにした。FKRPはFuktinと合わせて core M3と呼ばれる糖鎖にリン 酸リビトールをタンデムに負荷する糖転移酵素であり、哺乳類において、リビトールを利用する唯一の酵素である。哺乳類細胞発現系を用いてFKRPを大量精製及 び結晶化を行い、FKRPの高分解能立体構造を決めるとともに、基質との複合体構造も合わせて決定してきている。FKRPは一般的な糖転移酵素とは異なり、リン酸ヌクレオ シド転移酵素と似た構造を取っていた。そのため、一般的な糖転移酵素とは異なる進化の過程を経て生まれていることが分かった。基質との複合体構造解析及び 変異体を用いた機能解析の結果、FKRPはリン酸ヌクレオシド転移酵素とも異なる基質認識機構を獲得することで、core M3糖鎖を特異的に認識し、リン酸リビ トールを転移することを明らかにできた。
本研究結果は国内外の学会で発表を行い、the 11th International Symposium on Glycosyltransferases(GlycoT2018)においてはBest poster awardを受賞することができた。

Research Products

• [Journal Article] Carbohydrate Recognition Mechanism of the Mushroom Galectin ACG (2018)
  • Author(s): Hirabayashi Jun、Hu Dan、Tateno Hiroaki、Kuwabara Naoyuki、Kato Ryuichi、Yagi Fumio
  • Journal Title: Trends in Glycoscience and Glycotechnology Volume: 30 Issue: 172 Pages: SE75-SE88
  • DOI: 10.4052/tigg.1736.1SE
  • NAID: 130006319067
  • ISSN: 0915-7352, 1883-2113
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Carbohydrate Recognition Mechanism of the Mushroom Galectin ACG (2018)
  • Author(s): 平林 淳, 胡 丹, 舘野 浩章, 桑原 直之, 加藤 龍一, 八木 史郎
  • Journal Title: Trends in Glycoscience and Glycotechnology Volume: 30 Issue: 172 Pages: SJ33-SJ46
  • DOI: 10.4052/tigg.1736.1SJ
  • NAID: 130006319064
  • ISSN: 0915-7352, 1883-2113
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mechanism for the Deficiency in Post-Phosphoryl Modification of α-Dystroglycan Observed in POMGnT1-Caused Muscular Dystrophy (2017)
  • Author(s): 桑原 直之, 加藤 龍一, 萬谷 博, 遠藤 玉夫
  • Journal Title: Nihon Kessho Gakkaishi Volume: 59 Issue: 2-3 Pages: 114-120
  • DOI: 10.5940/jcrsj.59.114
  • NAID: 130006767785
  • ISSN: 0369-4585, 1884-5576
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] X-ray structure of a protease-resistant mutant form of human galectin-9 having two carbohydrate recognition domains with a metal-binding site (2017)
  • Author(s): Yoshida Hiromi、Nishi Nozomu、Wada Kenji、Nakamura Takanori、Hirashima Mitsuomi、Kuwabara Naoyuki、Kato Ryuichi、Kamitori Shigehiro
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 490 Issue: 4 Pages: 1287-1293
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.07.009
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Carbohydrate-binding domain of the POMGnT1 stem region modulates O-mannosylation sites of α-dystroglycan. (2016)
  • Author(s): Kuwabara N, Manya H, Yamada T, Tateno H, Kanagawa M, Kobayashi K, Akasaka-Manya K, Hirose Y, Mizuno M, Ikeguchi M, Toda T, Hirabayashi J, Senda T, Endo T, Kato R.
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A. Volume: 113 Issue: 33 Pages: 9280-9285
  • DOI: 10.1073/pnas.1525545113
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 哺乳類細胞発現系によるFukutin-related protein (FKRP)の大量精製と結晶構造決定 (2018)
  • Author(s): 桑原直之、萬谷博、今江理恵子、遠藤玉夫、千田俊哉、加藤龍一
  • Organizer: 2017年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [Presentation] Substrates recognition and oligomerization mechanism of Fukutin-related protein (FKRP) (2018)
  • Author(s): Naoyuki Kuwabara, Hiroshi Manya, Rieko Imae, Tomohiro Tanaka, Motoi Kanagawa, Kazuhiro Kobayashi, Tatsushi Toda, Mamoru Mizuno, Toshiya Senda, Tamao Endo, Ryuichi Kato
  • Organizer: the International Symposium on Glycosyltransferases (GlycoT2018)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 糖転移酵素POMGnT1の機能同定と糖鎖認識機構解析 (2017)
  • Author(s): 桑原直之, 萬谷 博, 山田 健之, 舘野 浩章, 金川 基, 小林 千浩, 赤阪-萬谷 啓子, 弘瀬 友理子, 水野 真盛, 池口 満徳, 戸田 達史, 平林 淳, 千田 俊哉, 遠藤 玉夫, 加藤 龍一
  • Organizer: 2016年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • Place of Presentation: つくば国際会議場(茨城県・つくば市)
  • Year and Date: 2017-03-14
• [Presentation] POMGnT1の構造解析による筋ジストロフィー疾患発症機序解明 (2017)
  • Author(s): 桑原 直之、萬谷 博、山田 健之、舘野 浩章、金川 基、小林 千浩、赤阪-萬谷 啓子、弘瀬 友理子、水野 真盛、池口 満徳6、戸田 達史、平林 淳、千田 俊哉、遠藤 玉夫、加藤 龍一
  • Organizer: ConBio2017
• [Presentation] Carbohydrate-Binding Domain of the POMGnT1 Stem Region Modulates O-Mannosylation Sites of α-Dystroglycan (2017)
  • Author(s): Naoyuki Kuwabara, Hiroshi Manya, Takeyuki Yamada, Hiroaki Tateno, Yuriko Hirose, Mamoru Mizuno, Mitsunori Ikeguchi, Jun Hirabayashi, Toshiya Senda, Tamao Endo, Ryuichi Kato
  • Organizer: 24th International symposium on glycoconjugate (Glyco24)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Fukutin-related protein (FKRP)の結晶構造と基質認識機構解析 (2017)
  • Author(s): 桑原 直之、萬谷 博、金川 基、今江 理恵子、田中 智博、小林 千浩、戸田 達史、水野 真盛、遠藤 玉夫、加藤 龍一
  • Organizer: 第36回日本糖質学会年会
• [Presentation] 糖転移酵素POMGnT1の機能同定と糖鎖認識機構解析 (2016)
  • Author(s): 桑原 直之, 萬谷 博, 山田 健之, 舘野 浩章, 金川 基, 小林 千浩, 赤阪-萬谷 啓子, 弘瀬 友理子, 水野 真盛, 池口 満徳, 戸田 達史, 平林 淳, 千田 俊哉, 遠藤 玉夫, 加藤 龍一
  • Organizer: 第39回分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
  • Year and Date: 2016-11-30
• [Presentation] 糖転移酵素POMGnT1の糖鎖認識機構解析 (2016)
  • Author(s): 桑原 直之, 萬谷 博, 山田 健之, 舘野 浩章, 金川 基, 小林 千浩, 赤阪-萬谷 啓子, 弘瀬 友理子, 水野 真盛, 池口 満徳, 戸田 達史, 平林 淳, 千田 俊哉, 遠藤 玉夫, 加藤 龍一
  • Organizer: 第35回日本糖質学会年会
  • Place of Presentation: 高知市文化プラザかるぽーと(高知県・高知市)
  • Year and Date: 2016-09-01
• [Presentation] A novel carbohydrate binding domain of the POMGnT1 stem region modulates O-mannosylation sites of alpha-dystroglycan (2016)
  • Author(s): N Kuwabara, H Manya, T Yamada, H Tateno, Y Hirose, M Mizuno, M Ikeguchi, J Hirabayashi, T Senda, T Endo, R Kato.
  • Organizer: GlycoT2016
  • Place of Presentation: Canada, Toronto
  • Year and Date: 2016-06-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 糖転移酵素 POMGnT1 のステムドメインは糖鎖を認識し、O-Man 型修飾部位の制御を行う (2016)
  • Author(s): 桑原 直之, 萬谷 博, 山田 健之, 舘野 浩章, 金川 基, 小林 千浩, 赤阪-萬谷 啓子, 弘瀬 友理子, 水野 真盛, 池口 満徳, 戸田 達史, 平林 淳, 千田 俊哉, 遠藤 玉夫, 加藤 龍一
  • 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)
  • Year and Date: 2016-06-07
• [Remarks] 桑原直之研究員が GlycoT 2018 Best Poster Awardを受賞しました。
  • URL: https://www2.kek.jp/imss/news/2018/award.html
• [Remarks] 筋ジストロフィー発症のしくみ
  • URL: https://www.kek.jp/ja/NewsRoom/Highlights/20161102160000/
• [Remarks] 筋ジストロフィー症発症の新たな仕組みを発見
  • URL: https://www.kek.jp/ja/NewsRoom/Release/2016/08/04/press20160804.pdf