• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Molecular mechanism of amino acid harmonization: a paradigm of heterodimeric amino acid transporters

Research Project

Project/Area Number 22K06150
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 43030:Functional biochemistry-related
Research InstitutionIwate University (2023)
Jikei University School of Medicine (2022)

Principal Investigator

Wiriyasermkul Pattama  岩手大学, 農学部, 准教授 (80825836)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 李 勇燦  横浜市立大学, 生命医科学研究科, 助教 (00894932)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Keywordscystinuria / amino acids / transporter / kidney / structure / HATs / homeostasis / exchanger / amino acid / mass spectrometry
Outline of Research at the Start

ヘテロ二量体アミノ酸トランスポーター(HATs)は、高等真核生物に特異的に発現しているアミノ酸輸送ファミリーである。HATsの機能は、細胞レベルの栄養調和から組織レベルのアミノ酸再吸収・吸収に至るまで、多階層にわたり重要である。HATの機能不全は、がんの増殖、酸化還元バランスの崩れ、腎臓の遺伝性疾患であるシスチン尿症などの原因となる。そのため、HATの輸送機構を理解することは、それらの疾患に対する治療へのアプローチとして重要である。本研究では、HATの輸送機構を詳細に明らかにすることを目的とする。この研究によるHAT輸送機能の理解が基盤となり、HAT研究が創薬・治療につながることが期待される。

Outline of Annual Research Achievements

ヘテロ二量体アミノ酸トランスポーター (Heterodimeric amino acid transporters: HATs) は、哺乳類の数多くの細胞活動において重要な役割を果たすアミノ酸トランスポーターのファミリーである。HATsのトランスポーターメンバーは抗輸送体として機能し、数種類のアミノ酸を認識するため、HATはハーモニーのための主要なアミノ酸トランスポーターファミリーとなっている。HATの交換特性を理解するために、代表者らはrBAT-b0,+ATヘテロ二量体複合体の構造と機能を解明した。rBAT-b0,+ATは腎臓でシスチンと陽イオン性アミノ酸を再吸収する機能を持つ。rBATまたはb0,+ATのいずれかに変異があると、シスチン尿症と呼ばれる腎臓病になる。代表者らはrBAT-b0,+ATの野生型と変異型の両方の構造を低温電子顕微鏡によって高分解能で解明することに成功し、原子レベルでの構造解析が可能になった。代表者らは、rBAT-b0,+ATの野生型と変異型の両方の構造を低温電子顕微鏡法によって高分解能で解明することに成功し、原子レベルでの構造解析が可能になった。野生型複合体の構造は、基質結合のない内向きのコンフォメーションを示した。一方、変異体の構造は、野生型とは異なる位置にあるいくつかの残基を示した。これらの残基は基質輸送に重要であり、シスチン尿症におけるrBAT-b0,+AT欠損の発症メカニズムに関与していることが示唆された。このような残基の重要性を検証するため、我々はさらに変異体を構築し、その基質結合および輸送特性を評価した。これらのすべての結果は、HATのタンパ ク質構造と交換輸送機構の関係を説明する鍵になるものである。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

The research team aims to achieve high-resolution structures to evaluate important residues for the exchange properties of HATs. By optimization of lipid composition and reconstitution conditions, we succeeded in obtaining the stable protein complex in lipid nanodiscs, allowing structural analysis to go smoothly. Finally, high resolutions of both wild-type and mutant structures were obtained.
Structural analysis between the wild-type and mutants led to predict key residues for protein conformation alteration. Based on the results, we also expanded mutation analysis and predicted some additional residues for the transport mechanism. Expression and localization verified that the mutants do not alter plasma membrane translocation, convincing their specificity in the transport mechanism.

Strategy for Future Research Activity

The results from wild-type and mutant structures predicted important residues for protein conformation and transport function. The research team plans to focus on the functional analysis of these mutant residues by using cell-free assays. For substrate binding, interactions of the purified transporters and each amino acid will be determined in lipid nanodisc. For transport dynamics, proteoliposome will be employed to determine transport directions and kinetics. The results of all mutants will be compared with the wild-type and the roles of predicted residues will be obtained. Finally, this finding feature will be compared with other HAT members such as rBAT-AGT1. All results will be summarized and the model of exchange transport mechanism in HATs will be proposed.

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • Research Products

    (8 results)

All 2024 2023 2022

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

  • [Journal Article] Identification of three distinct cell populations for urate excretion in human kidneys2024

    • Author(s)
      Sakaguchi Yoshihiko M.、Wiriyasermkul Pattama、Matsubayashi Masaya、Miyasaka Masaki、Sakaguchi Nau、Sahara Yoshiki、Takasato Minoru、Kinugawa Kaoru、Sugie Kazuma、Eriguchi Masahiro、Tsuruya Kazuhiko、Kuniyasu Hiroki、Nagamori Shushi、Mori Eiichiro
    • Journal Title

      The Journal of Physiological Sciences

      Volume: 74 Issue: 1 Pages: 1-1

    • DOI

      10.1186/s12576-023-00894-0

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nutrient Transport Systems: From Prescription to Prevention2024

    • Author(s)
      Pattama Wiriyasermkul
    • Organizer
      第4回細胞形成研究会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] A multi-hierarchical approach explores non-canonical transport systems for nutrients2024

    • Author(s)
      Pattama Wiriyasermkul
    • Organizer
      2024 年度日本農芸化学会年度
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Structural Analysis Reveals the Biogenesis and Function of a Heterodimeric Amino Acid Transporter2024

    • Author(s)
      Pattama Wiriyasermkul
    • Organizer
      日本生理学会 第101回記念大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Ca2+-mediated biogenesis of amino acid transporters and its implication in the development of cystinuria2023

    • Author(s)
      Pattama Wiriyasermkul
    • Organizer
      the 30th Federation of Asian and Oceanian Biochemists and Molecular Biologists Conference and the 8th International Conference on Biochemistry and Molecular Biology,
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Integrative multi-omics and synthetic biochemistry unveil the hidden functions of the known transporters2023

    • Author(s)
      Wiriyasermkul Pattama
    • Organizer
      日本生理学会 第100回記念大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Biogenesis of heterodimeric amino acid transporter rBAT-b0,+AT2022

    • Author(s)
      Wiriyasermkul Pattama
    • Organizer
      第3回細胞形成研究会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Insight into the recognition of different substrates in amino acid transporters: from structural information to biochemical analyses2022

    • Author(s)
      Wiriyasermkul Pattama
    • Organizer
      第 95 回日本生化学会大会
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Invited

URL: 

Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi