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Structural basis for discrimination between multi-drug exporters and lipid floppies

Research Project

Project/Area Number 19K22495
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 47:Pharmaceutical sciences and related fields
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

KATO Hiroaki  京都大学, 薬学研究科, 教授 (90204487)

Project Period (FY) 2019-06-28 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Keywords構造生物学 / 多剤耐性 / トランスポーター / 膜タンパク質 / X結晶学 / 構造生物 / X線結晶学
Outline of Research at the Start

生体膜を貫通しているトランスポーターには、基質を脂質二重層の内層から外層へ移動させるフロッパーゼ活性と、基質を細胞外へ直接排出するエクスポーター活性が知られている。これらはいずれもATPをエネルギー源として働いており、立体構造もよく似ている。そのため、両者は、はたして同じ分子メカニズムを異なる実験から命名したものなのか、本質的に別の分子なのか、不明の状態が今日まで続いている。そこで、エクスポーターをフロッパーゼ型へと改変し、その構造と機能を調べることにより、2つの膜タンパク質が異なる構造に基づく別の作用メカニズムで作用することの実証を目指す。

Outline of Final Research Achievements

Transporters that multiply across a lipid bilayer membrane possess floppase activity which catalyzes translocation of phospholipids from inner side of a membrane to the
outer side or exporter activity which plays efflux of substrate to the out of the membrane. Both activities are powered by ATP as energy source and their molecular structures are very similar. Thus, there is a question that these activities are worked by the same mechanism or there is a distinct molecule that possesses floppase or exporter activity. We plan to alter an exporter structure based on a floppase that has the same protein fold. We determined the crystal structure of the altered transporter and measured the ATP hydrolysis activity. The altered exporter showed floppase-like structure and the activity.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

生体膜の脂質のフリップ・フロップ及び膜を介する基質排出は、多様な細胞生物学や分子生物学と関係する現象であり、病理との関係も深い。ただし、エクスポーターとフロッパーゼの違いを見分けるには、生物学的なアプローチでは観察精度に限界があり、両者の捉え方には多様な主張がある。したがって、両者の機能の違いを詳細な結晶構造に基づいて解明した本研究の意義は大きいと言える。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (7 results)

All 2021 2020 2019 Other

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] The crystal structure of the CmABCB1 G132V mutant, which favors the outward‐facing state, reveals the mechanism of the pivotal joint between TM1 and TM32021

    • Author(s)
      Matsuoka Keita、Nakatsu Toru、Kato Hiroaki
    • Journal Title

      Protein Science

      Volume: 30 Issue: 5 Pages: 1064-1071

    • DOI

      10.1002/pro.4058

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Structural and functional diversity calls for a new classification of ABC transporters2020

    • Author(s)
      Thomas Christoph、Ueda Kazumitsu、Tampe Robert et al.
    • Journal Title

      FEBS Letters

      Volume: 594 Issue: 23 Pages: 3767-3775

    • DOI

      10.1002/1873-3468.13935

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] ナノディスクに挿入したP糖タンパク質CmABCB1のATPase活性に対する脂質成分の影響2021

    • Author(s)
      陳月、潘 東青、加藤 博章
    • Organizer
      日本薬学会第141年会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] P糖タンパク質CmABCB1の基質取込口開閉の制御に関わる残基の探索2019

    • Author(s)
      水沼諒、山口知宏、加藤博章
    • Organizer
      第16回次世代を担う若手のためのファジカル・ファーマフォーラム
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 好熱性P糖タンパク質CmABCB1における膜貫通第4ヘリックス(TM4)の役割2019

    • Author(s)
      水沼 諒、井上 善貴、松岡 敬太、潘 東青、中津 亨、加藤 博章
    • Organizer
      日本薬学会第140年会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Mechanism of coupling between extracellular gate opening and ATP hydrolysis in P-glycoprotein, CmABCB12019

    • Author(s)
      Keita Matsuoka, Toru Nakatsu, Hiroaki Kato
    • Organizer
      Seoul-Kyoto-Osaka Joint Symposium on Pharmaceutical Sciences for Young Scientists
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Remarks] 当研究室の論文がProtein Sci.誌に掲載され、掲載号の表紙になりました

    • URL

      https://www.pharm.kyoto-u.ac.jp/structbl/2021/04/22/

    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2019-07-04   Modified: 2022-01-27  

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