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Characterization of dynamics and functions of antibodies

Research Project

Project/Area Number 19J15602
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Review Section Basic Section 47020:Pharmaceutical analytical chemistry and physicochemistry-related
Research InstitutionNagoya City University

Principal Investigator

與語 理那  名古屋市立大学, 薬学研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2019-04-25 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
KeywordsIgG / Fc受容体 / 補体 / 高速原子間力顕微鏡 / 水素重水素交換質量分析 / 分子動力学シミュレーション / 抗体 / 原子間力顕微鏡 / 溶液散乱 / MDシミュレーション
Outline of Research at the Start

抗体はFab領域で抗原を認識し、Fc領域においてエフェクター分子と相互作用することで免疫機能を発動する。抗体は柔軟な構造を持つ分子であり、Fab領域で抗原を認識したという情報がエフェクター分子と結合するFc領域の状態に反映されると考えられるが、その詳細な分子機構は明らかとなっていない。本研究では溶液散乱法や核磁気共鳴法、高速原子間力顕微鏡などの物理化学的手法を用い、抗体の立体構造ダイナミクスが抗原認識に伴ってどのように変化するかを捉え、分子機能との関連を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、様々な物理化学的手法を駆使し、免疫グロブリンG (IgG)の動的構造と相互作用を捉えることで、IgGによるエフェクター機能発動における分子メカニズムの解明を目指した。これまでIgGのエフェクター機能発動の機構については、アロステリックモデルと会合モデルという2つのモデルが提唱されてきたが、その詳細な分子メカニズムは明らかとなっていなかった。
IgGは、抗原の認識を担うFab領域と、補体因子や免疫細胞上に存在するFc受容体と結合するFc領域が柔軟なヒンジで連結された構造をしている。分子動力学シミュレーションを用いた計算科学的アプローチにより、Fcのコンフォメーション空間を探査し、糖残基の除去がもたらす局所構造の変化がエフェクター分子との親和性を向上させる機構を明らかにしてきた。また、高速原子間力顕微鏡および水素重水素交換質量分析により、これまで明らかとなっていなかったFab領域とFc受容体の相互作用を見出すことに成功した。さらに、抗原膜上におけるIgGの振る舞いを観測することで、IgGが自発的に6量体からなるリング構造を形成することを見出した。このリング構造の形成はIgGのFc領域を介しており、ヒンジ領域の柔軟性もリング構造形成に重要であることも明らかにしてきた。また、IgGが機能を発動する場である血中などの夾雑環境に着目した核磁気共鳴法および細胞傷害活性の評価により、IgGは様々な血清成分との相互作用を介してエフェクター機能を発動していることが示唆された。
本研究により得られたIgG分子の動的高次構造および相互作用の理解を通じて、IgGによるエフェクター機能の発動メカニズムをめぐる2つのモデルは統合的に理解することが可能となり、抗原認識を契機とするエフェクター機能の発動制御について新たな描像を与えるものとなった。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2021 2020 2019 Other

All Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 7 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Remarks (4 results)

  • [Journal Article] A feasibility study of inverse contrast-matching small-angle neutron scattering method combined with size exclusion chromatography using antibody interactions as model systems2021

    • Author(s)
      Sato Nobuhiro、Yogo Rina、Yanaka Saeko、Martel Anne、Porcar Lionel、Morishima Ken、Inoue Rintaro、Tominaga Taiki、Arimori Takao、Takagi Junichi、Sugiyama Masaaki、Kato Koichi
    • Journal Title

      The Journal of Biochemistry

      Volume: 0 Issue: 6 Pages: 1-8

    • DOI

      10.1093/jb/mvab012

    • NAID

      40022687772

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] NMR assignments of the N-glycans of the Fc fragment of mouse immunoglobulin G2b glycoprotein2021

    • Author(s)
      Yanaka Saeko、Yamaguchi Yoshiki、Takizawa Takeshi、Miyanoiri Yohei、Yogo Rina、Shimada Ichio、Kato Koichi
    • Journal Title

      Biomolecular NMR Assignments

      Volume: 15 Issue: 1 Pages: 187-192

    • DOI

      10.1007/s12104-020-10004-5

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Silkworm Pupae Function as Efficient Producers of Recombinant Glycoproteins with Stable-Isotope Labeling2020

    • Author(s)
      Yagi Hirokazu、Yanaka Saeko、Yogo Rina、Ikeda Akari、Onitsuka Masayoshi、Yamazaki Toshio、Kato Tatsuya、Park Enoch Y.、Yokoyama Jun、Kato Koichi
    • Journal Title

      Biomolecules

      Volume: 10 Issue: 11 Pages: 1482-1482

    • DOI

      10.3390/biom10111482

    • NAID

      120007045052

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] On-Membrane Dynamic Interplay between Anti-GM1 IgG Antibodies and Complement Component C1q.2019

    • Author(s)
      Saeko Yanaka,Rina Yogo,Hiroki Watanabe,Yuki Taniguchi,Tadashi Satoh,Naoko Komura,Hiromune Ando,Hirokazu Yagi,Nobuhiro Yuki,Takayuki Uchihashi,Koichi Kato
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 21 Issue: 1 Pages: 147-147

    • DOI

      10.3390/ijms21010147

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Newly developed Laboratory-based Size exclusion chromatography Small-angle x-ray scattering System (La-SSS)2019

    • Author(s)
      R. Inoue, T. Nakagawa, K. Morishima, N. Sato, A. Okuda, R. Urade, R. Yogo, S. Yanaka, M. Yagi-Utsumi, K. Kato, K. Omoto, K. Ito, M. Sugiyama
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 9 Issue: 1 Pages: 1-12

    • DOI

      10.1038/s41598-019-48911-w

    • NAID

      120006799252

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The Fab portion of immunoglobulin G contributes to its binding to Fcγ receptor III.2019

    • Author(s)
      [Rina Yogo,Yuki Yamaguchi,Hiroki Watanabe,Hirokazu Yagi,Tadashi Satoh,Mahito Nakanishi,Masayoshi Onitsuka,Takeshi Omasa,Mari Shimada,Takahiro Maruno,Tetsuo Torisu,Shio Watanabe,Daisuke Higo,Takayuki Uchihashi,Saeko Yanaka,Susumu Uchiyama,Koichi Kato]
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 9 Issue: 1 Pages: 11957-11957

    • DOI

      10.1038/s41598-019-48323-w

    • NAID

      120006875664

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Dynamic Views of the Fc Region of Immunoglobulin G Provided by Experimental and Computational Observations2019

    • Author(s)
      Yanaka Saeko、Yogo Rina、Inoue Rintaro、Sugiyama Masaaki、Itoh Satoru G.、Okumura Hisashi、Miyanoiri Yohei、Yagi Hirokazu、Satoh Tadashi、Yamaguchi Takumi、Kato Koichi
    • Journal Title

      Antibodies

      Volume: 8 Issue: 3 Pages: 39-39

    • DOI

      10.3390/antib8030039

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 血清環境における抗体の分子間相互作用と機能の解明2021

    • Author(s)
      與語理那
    • Organizer
      日本薬学会第142年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Exploration of dynamical structures and interactions of antibodies2021

    • Author(s)
      Rina Yogo
    • Organizer
      3rd ExCELLS Retreat for Young Scientists
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Structural dynamics and function of antibodies2020

    • Author(s)
      與語 理那
    • Organizer
      第2回ExCELLS若手交流リトリート
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] IgGとFc受容体の相互作用にはFab領域が寄与している2020

    • Author(s)
      與語 理那
    • Organizer
      日本薬学会第140年会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 安定同位体標識を利用したNMRによる抗体の動的構造解析2019

    • Author(s)
      與語 理那
    • Organizer
      第20回若手NMR研究会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] IgGとFc受容体の相互作用におけるFab領域の新規結合部位の同定2019

    • Author(s)
      與語 理那
    • Organizer
      第92回日本生化学会大会
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] 抗体に秘められた結合部位の発見

    • URL

      https://academist-cf.com/journal/?p=12589

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] 免疫学の常識を覆す!抗体と受容体の新たな結合部位の発見

    • URL

      https://www.nagoya-cu.ac.jp/about/press/press/release/h31/#015997

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] EurekAlert!

    • URL

      https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-08/ncu-ifa082119.php

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] EurekAlert!

    • URL

      https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-01/nion-aga010620.php

    • Related Report
      2019 Annual Research Report

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Published: 2019-05-29   Modified: 2024-03-26  

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