細菌感染に対する新規自然免疫シグナル伝達の構造生物学的研究

• Project/Area Number: 21K06514
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 47020:Pharmaceutical analytical chemistry and physicochemistry-related
• Research Institution: Kumamoto University
• Principal Investigator: 中村 照也 熊本大学, 大学院生命科学研究部(薬), 准教授 (40433015)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 構造生物学 / 細胞シグナル伝達

Outline of Research at the Start

ヒトの細胞では、病原体の持つ特有の分子を検出して、そのシグナルを細胞内へと伝達することで免疫系が活性化される。近年、細菌の新規代謝産物が免疫の要となる転写因子NF-kBを活性化することが報告された。本研究では、このシグナル伝達に関わる分子群の複合体の立体構造をX線結晶構造解析などの構造生物学的手法により決定することで、新規自然免疫シグナル伝達機構を原子レベルで理解し、細菌感染防御機構の基礎的知見を得る。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、細菌に応答して転写因子NF-kBを活性化する新規自然免疫シグナル伝達機構を原子レベルで理解し、細菌感染防御機構の基礎的知見を得ることを目的としている。本シグナル伝達経路では、細菌の代謝産物が細胞内のキナーゼを活性化し、基質タンパク質TIFAがリン酸化を受けることで、ユビキチンリガーゼ複合体が形成され、NF-kBが活性化される。一方、TIFAのホモログタンパク質であるTIFABは、TIFAと結合することで上記シグナルを抑制することが報告されているが、その分子機構は未だ不明であった。我々はゲルろ過実験によりTIFABとTIFAはヘテロ二量体（TIFA/TIFAB）を形成することを明らかにし、TIFA/TIFABのX線結晶構造を1.79 オングストローム分解能で決定した。これまでの実験により、シグナル伝達にはTIFAはホモ二量体化が必須であることを明らかにしているが、今回のTIFA/TIFABの結晶構造から、TIFABはTIFAと結合することで、TIFAのホモ二量体化を阻害してシグナル伝達を抑制することが示唆された。TIFABとTIFAのヘテロ二量体化がシグナル抑制に与える影響を調べるため、TIFA/TIFABの結晶構造をもとにTIFAとの結合能を失った変異型TIFABを調製した。HEK293T細胞を用いて、野生型および変異型TIFABがNF-kBシグナルに与える影響を調べた。その結果、野生型TIFABは細菌代謝産物によるNF-kBの活性化を抑制するのに対し、TIFAとの結合能を失った変異型TIFABはNF-kBの活性化を抑制できなかった。以上のことからTIFABはTIFAとヘテロ二量体を形成することでシグナルを抑制することを明らかにした。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

シグナル抑制分子によるNF-kb活性化の制御機構を解明できたため。

Strategy for Future Research Activity

さらなる実験を実施すると同時にこれまでに得られた研究成果を学会で発表する。

Research Products

• [Journal Article] TIFAB regulates the TIFA?TRAF6 signaling pathway involved in innate immunity by forming a heterodimer complex with TIFA (2024)
  • Author(s): Nakamura Teruya、Ohyama Chiaki、Sakamoto Madoka、Toma Tsugumasa、Tateishi Hiroshi、Matsuo Mihoko、Chirifu Mami、Ikemizu Shinji、Morioka Hiroshi、Fujita Mikako、Inoue Jun-ichiro、Yamagata Yuriko
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 121 Issue: 11
  • DOI: 10.1073/pnas.2318794121
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Protonation states of Asp residues in the human Nudix hydrolase MTH1 contribute to its broad substrate recognition (2023)
  • Author(s): Nakamura Teruya、Koga‐Ogawa Yukari、Fujimiya Kana、Chirifu Mami、Goto Masataka、Ikemizu Shinji、Nakabeppu Yusaku、Yamagata Yuriko
  • Journal Title: FEBS Letters Volume: in press Issue: 13 Pages: 1770-1778
  • DOI: 10.1002/1873-3468.14611
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Visualization of mutagenic nucleotide processing by Escherichia coli MutT, a Nudix hydrolase (2022)
  • Author(s): Nakamura Teruya、Yamagata Yuriko
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 119 Issue: 21
  • DOI: 10.1073/pnas.2203118119
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Isolation, Synthesis, and Structure?Activity Relationship Study on Daphnane and Tigliane Diterpenes as HIV Latency-Reversing Agents (2022)
  • Author(s): El-Desoky Ahmed H. H.、Eguchi Keisuke、Kishimoto Naoki、Asano Toshifumi、Kato Hikaru、Hitora Yuki、Kotani Shunsuke、Nakamura Teruya、Tsuchiya Soken、Kawahara Teppei、Watanabe Masato、Wada Mikiyo、Nakajima Makoto、Watanabe Takashi、Misumi Shogo、Tsukamoto Sachiko
  • Journal Title: Journal of Medicinal Chemistry Volume: 65 Issue: 4 Pages: 3460-3472
  • DOI: 10.1021/acs.jmedchem.1c01973
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A mannosylated ,PEGylated albumin as a drug delivery system for the treatment of cancer stroma cells. (2021)
  • Author(s): Mizuta Y, Maeda H, Ishima T, Minayoshi Y, Ichimizu S, Kinoshita R, Fujita I, Kai T, Hirata H, Nakamura T, Saruwari J, Arima H, Watanabe H, Otagiri M, Maruyama T
  • Journal Title: Adv Funct Mater Volume: 31 Issue: 43 Pages: 2104136-2104136
  • DOI: 10.1002/adfm.202104136
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular recognition of a single-chain Fv antibody specific for GA-pyridine, an advanced glycation end-product (AGE), elucidated using biophysical techniques and synthetic antigen analogues. (2021)
  • Author(s): Kobashigawa, Y., Ohara, T., Morita, K., Toyota, Y., Nakamura, T., Kotani. S., Arimori, T., Yamauchi, S., Liu, C., Kitazaki, M., Wakeyama-Miyazaki, Y., Suwa, Y., Uchida-Kamekura, M., Fukuda, N., Sato, T., Nakajima, M., Takagi, J., Yamagata, Y., and Morioka, H
  • Journal Title: J. Biochem Volume: 170 Issue: 3 Pages: 379-387
  • DOI: 10.1093/jb/mvab056
  • NAID: 40022721879
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structure of the mammalian adenine DNA glycosylase MUTYH: insights into the base excision repair pathway and cancer (2021)
  • Author(s): Nakamura Teruya、Okabe Kohtaro、Hirayama Shogo、Chirifu Mami、Ikemizu Shinji、Morioka Hiroshi、Nakabeppu Yusaku、Yamagata Yuriko
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 49 Issue: 12 Pages: 7154-7163
  • DOI: 10.1093/nar/gkab492
  • NAID: 120007119905
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] RAD18 mediates DNA double-strand break-induced ubiquitination of chromatin protein (2021)
  • Author(s): Mustofa Md Kawsar、Tanoue Yuki、Chirifu Mami、Shimasaki Tatsuya、Tateishi Chie、Nakamura Teruya、Tateishi Satoshi
  • Journal Title: The Journal of Biochemistry Volume: in press Issue: 1 Pages: 33-40
  • DOI: 10.1093/jb/mvab010
  • NAID: 40022722273
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ヒト酸化ヌクレオチド加水分解酵素の活性部位のプロトン化状態と幅広い基質特異性の関係 (2024)
  • Author(s): 小川由香里, 藤宮佳菜, 池鯉鮒麻美, 後藤大空, 池水信二, 中別府雄作, 山縣ゆり子, 中村照也
  • Organizer: 日本薬学会 第144年会
• [Presentation] ヒトMTH1の幅広い基質認識におけるAsp残基のプロトン化状態 (2023)
  • Author(s): 小川由香里, 藤宮佳菜, 池鯉鮒麻美, 後藤大空, 池水信二, 中別府雄作, 山縣ゆり子, 中村照也
  • Organizer: 第96回日本生化学会大会
• [Presentation] ヒト酸化ヌクレオチド加水分解酵素による酸化dNTPおよび酸化rNTP認識の構造学的基盤 (2023)
  • Author(s): 興梠利彦, 藤宮佳菜, 平田啓介, 池鯉鮒麻美, 池水信二, 山縣ゆり子, 中村照也
  • Organizer: 日本薬学会 第143年会
• [Presentation] 酵素反応機構の精密解析を目指して (2022)
  • Author(s): 中村照也
  • Organizer: 第95回日本生化学大会
  • Invited
• [Presentation] Time-resolved X-ray crystallography of E. coli MutT, a Nudix hydrolase (2022)
  • Author(s): 中村照也, 山縣ゆり子
  • Organizer: 第60回日本生物物理学会年会
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] DNAの酸化損傷の回避・修復機構の構造学的研究 (2022)
  • Author(s): 中村照也
  • Organizer: 第81回SPring-8 先端利用技術ワークショップ / 大阪大学蛋白質研究所セミナー
  • Invited
• [Presentation] ヒト酸化ヌクレオチド加水分解酵素によるヌクレオチド結合の構造学的研究 (2022)
  • Author(s): 興梠利彦, 藤宮佳菜, 平田啓介, 池鯉鮒麻美, 池水信二, 山縣ゆり子, 中村照也
  • Organizer: フォーラム2022：衛生薬学・環境トキシコロジー
• [Presentation] TIFAを介した自然免疫シグナル伝達機構の構造生物学的研究 (2022)
  • Author(s): 中村照也
  • Organizer: 日本薬学会 第142年会
• [Presentation] タンパク質-リガンド間相互作用を水素原子レベルで視る (2021)
  • Author(s): 中村照也
  • Organizer: 理化学研究所・熊本大学合同 生命科学領域DXシンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 哺乳類由来アデニンDNAグリコシラーゼMUTYHのX線結晶構造 (2021)
  • Author(s): 中村照也
  • Organizer: 日本結晶学会 令和3年度年会
• [Presentation] MUTYHとPCNAによる酸化損傷DNA修復機構の構造生物学的研究 (2021)
  • Author(s): 岡部航太郎
  • Organizer: 第38回日本薬学会九州山口支部大会
• [Presentation] X線・中性子構造解析を用いた酵素反応機構の研究 (2021)
  • Author(s): 中村照也
  • Organizer: 第94回日本生化学大会
  • Invited