Thermodynamics-based mechanism for the regulation of substrate binding affinity of proton coupled drug transporters

• Project/Area Number: 23790060
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Physical pharmacy
• Research Institution: Toho University (2012-2013); Matsuyama University (2011)
• Principal Investigator: SHIMONO Kazumi 東邦大学, 薬学部, 准教授 (30415187)
• Project Period (FY): 2011 – 2013
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2013: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2012: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2011: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 等温滴定型熱量計 / 薬物輸送 / 分子認識 / 相互作用エネルギー / 多剤排出輸送担体 / プロトン/オリゴペプチド輸送担体 / 熱力学量 / 薬物輸送担体 / 無細胞タンパク質合成系 / alternative access model / EmrE / YdgR

Research Abstract

Regulation of the binding affinity of the substrate into transporter is one of crucial factors to transport the substrate through the membrane. In this study, we had investigated the interaction between proton coupled drug transporters and these substrates by isothermal titration calorimetry (ITC) is a technique that can analyze the interaction energy with the substrate, and discussed the thermodynamics based mechanism of proton coupled substrate transport. (1) In the study of EmrE as antiporter, the interaction between EmrE and TPP+ depends on pH. At higher pH, the affinity increases, and the driving force becomes from enthalpy-driven to entropy-driven, and it is indicated that Glu25 might be one of determinant residues to drive the substrate binding. (2) In the study of YdgR as synporter, it was found that the driving force of interaction between YdgR and Val-Ala is entropy change, and it was not depend on pH.

Research Products

• [Journal Article] A common variant of leucine-rich repeat-containing 16A (LRRC16A) gene is associated with gout susceptibility (2014)
  • Author(s): Sakiyama, M. Matsuo, H. Shimizu, S. Chiba, T. Nakayama, A. Takada, Y. Nakamura, T. Takada, T. Morita, E. Naito, M. Wakai, K. Inoue, H. Tatsukawa, S. Sato, J. Shimono, K. Makino, T. Satoh, T. Suzuki, H. Kanai, Y. Hamajima, N. Sakurai, Y. Ichida, K. Shimizu, T. Shinomiya, N.
  • Journal Title: Hum Cell Volume: 27(1) Issue: 1 Pages: 1-4
  • DOI: 10.1007/s13577-013-0081-8
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A study of the interaction of drugs with liposomes with isothermal titration calorimetry (2013)
  • Author(s): Osanai H, Ikehara T, Miyauchi S1, Shimono K, Tamogami J, Nara T, Kamo N
  • Journal Title: Journal of Biophysical Chemistry Volume: 4 Issue: 01 Pages: 11-21
  • DOI: 10.4236/jbpc.2013.41002
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Thermodynamic parameters of anion binding to halorhodopsin from Natronomonas pharaonis by isothermal titration calorimetry (2013)
  • Author(s): Hayashi, Saori
  • Journal Title: Biophysical Chemistry Volume: 172 Pages: 61-67
  • DOI: 10.1016/j.bpc.2013.01.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photoinduced proton release in proteorhodopsin at low pH: The possibility of a decrease in the pKa of Asp227 (2012)
  • Author(s): Tamogami Jun, Kikukawa Takashi, NaraToshifumi , Shimono Kazumi, Demura Makoto, Kamo Naoki
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 51巻 Issue: 46 Pages: 9290-9301
  • DOI: 10.1021/bi300940p
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Photochemistry of acetabularia rhodopsin II from a marine plant, Aceta bularia acetabulum (2011)
  • Author(s): Kikukawa Takashi
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 50 Issue: 41 Pages: 8888-8898
  • DOI: 10.1021/bi2009932
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal structure of the Eukaryotic light-driven proton-pumping rhodopsin, Acetabularia rhodopsin II from Marine Algae (2011)
  • Author(s): Wada Takashi
  • Journal Title: Journal of Molecular Biology Volume: 411 Issue: 5 Pages: 986-998
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2011.06.028
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 白金錯体抗がん薬を輸送するヒト銅トランスポーター(hCTR1)の無細胞膜タンパク質合成系を利用した大量合成 (2014)
  • Author(s): 下野和実,水谷賢人,池本友寛,小丸明日香,染谷友美,白水美香子,横山茂之,宮内正二
  • Organizer: 日本薬学会第134年会
  • Place of Presentation: 熊本
  • Year and Date: 2014-03-29
• [Presentation] 等温滴定型熱量計による多剤輸送担体EmrEの基質結合様式の解析 (2013)
  • Author(s): 下野和実,森喜郎,奈良敏文,染谷友美,白水美香子,横山茂之,宮内正二
  • Organizer: 第51回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2013-10-29
• [Presentation] アポトーシスを誘導する核酸誘導体の濃縮型核酸輸送担体による輸送 (2013)
  • Author(s): 下野和実,福田恭大,丸山晴美,田母神淳,紙谷浩之,奈良敏文,宮内正二
  • Organizer: 第8回トランスポーター研究会年会
  • Place of Presentation: 熊本
  • Year and Date: 2013-06-15
• [Presentation] 等温滴定型熱量計による大腸菌由来多剤輸送担体EmrEの基質結合様式の解析 (2013)
  • Author(s): 下野和実,森喜郎,奈良敏文,染谷友美,白水美香子,横山茂之,宮内正二
  • Organizer: 第2回日本生物物理関東支部研究会
  • Place of Presentation: 小金井,東京
  • Year and Date: 2013-03-05
• [Presentation] 無細胞膜タンパク質合成系を利用したヒト銅トランスポーター(hCtr1)の大量合成 (2012)
  • Author(s): 下野和実,水谷賢人,横山茂之,宮内正二
  • Organizer: 第7回トランスポーター研究会年会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2012-06-09
• [Presentation] 無細胞タンパク質合成技術を利用した膜タンパク質の構造・機能解析 (2012)
  • Author(s): 下野和実
  • Organizer: よこはまNMR構造生物学研究会第44回ワークショップ
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2012-03-14
• [Presentation] 無細胞タンパク質合成技術を利用した膜タンパク質の構造・機能解析 (2012)
  • Author(s): 下野和実
  • Organizer: よこはまNMR構造生物学研究会第44回ワークショップ(招待講演)
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] 膜タンパク質の構造・機能研究を加速する無細胞タンパク質合成技術 (2011)
  • Author(s): 下野和実
  • Organizer: 東邦大学薬学部特別講演
  • Place of Presentation: 船橋,千葉
  • Year and Date: 2011-12-21
  • Invited
• [Presentation] 等温滴定型熱量計による大腸菌由来プロトン/オリゴペプチド共輸送担体と基質との相互作用解析 (2011)
  • Author(s): 下野和実,浅倉祐未,宮内正二
  • Organizer: 第33回生体膜と薬物の相互作用シンポジウム
  • Place of Presentation: 岡山
  • Year and Date: 2011-11-25
• [Presentation] Na^+/モノカルボン酸共輸送担体(SMCT)を介して体内に蓄積する毒性化合物に対する解毒剤の検討 (2011)
  • Author(s): 下野和実,上野裕美,駄場崎泰洋,加茂直樹,宮内正二
  • Organizer: 第50回日本薬学会・日本薬剤師会・日本病院薬剤師会中国四国支部学術大会
  • Place of Presentation: 高松
  • Year and Date: 2011-11-12
• [Presentation] 調製困難なロドプシン類の機能的大量合成法 (2011)
  • Author(s): 下野和実
  • Organizer: 特定領域研究「高次系分子科学」第12回公開ミニシンポジウム「光受容タンパク質」
  • Place of Presentation: 蒲郡,愛知
  • Year and Date: 2011-10-26
  • Invited
• [Presentation] 等温滴定型熱量計を用いた大腸菌由来H^+/オリゴペプチド共輸送担体(YdgR)の基質結合の熱力学的解析 (2011)
  • Author(s): 下野和実,浅倉祐未,宮内正二
  • Organizer: 第6回トランスポーター研究会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2011-06-11
• [Presentation] 等温滴定型熱量計を用いた大腸菌由来 H+/オリゴペプチド共輸送担体（YdgR）の基質結合の熱力学的解析 (2011)
  • Author(s): 下野和実，浅倉祐未，宮内正二
  • Organizer: 第6回トランスポーター研究会
  • Place of Presentation: 仙台
• [Presentation] 調製困難なロドプシン類の機能的大量合成法 (2011)
  • Author(s): 下野和実
  • Organizer: 特定領域研究「高次系分子科学」第１２回公開ミニシンポジウム「光受容タンパク質」(招待講演)
  • Place of Presentation: 蒲郡，愛知
• [Presentation] Na+/モノカルボン酸共輸送担体 (SMCT) を介して体内に蓄積する毒性化合物に対する解毒剤の検討 (2011)
  • Author(s): 下野和実，上野裕美，駄場崎泰洋，加茂直樹，宮内正二
  • Organizer: 第50回日本薬学会・日本薬剤師会・日本病院薬剤師会中国四国支部学術大会
  • Place of Presentation: 高松
• [Presentation] 膜タンパク質の構造・機能研究を加速する無細胞タンパク質合成技術 (2011)
  • Author(s): 下野和実
  • Organizer: 東邦大学薬学部特別講演(招待講演)
  • Place of Presentation: 船橋，千葉
• [Presentation] アポトーシスを誘導する核酸誘導体の濃縮型核酸輸送担体による輸送
  • Author(s): 下野和実，福田恭大，丸山晴美，田母神淳，紙谷浩之，奈良敏文，宮内正二
  • Organizer: 第8回トランスポーター研究会年会
  • Place of Presentation: 熊本大学薬学部（熊本市）
• [Presentation] 等温滴定型熱量計による多剤輸送担体EmrEの基質結合様式の解析
  • Author(s): 下野和実，森喜郎，奈良敏文，染谷友美，白水美香子，横山茂之，宮内正二
  • Organizer: 第51回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都市）
• [Presentation] 白金錯体抗がん薬を輸送するヒト銅トランスポーター（hCTR1）の無細胞膜タンパク質合成系を利用した大量合成
  • Author(s): 下野和実，水谷賢人，池本友寛，小丸明日香，染谷友美，白水美香子，横山茂之，宮内正二
  • Organizer: 日本薬学会第134年会
  • Place of Presentation: 熊本市総合体育館（熊本市）
• [Presentation] 等温滴定型熱量計による大腸菌由来多剤輸送担体EmrEの基質結合様式の解析
  • Author(s): 下野和実，森喜郎，奈良敏文，染谷友美，白水美香子，横山茂之，宮内正二
  • Organizer: 第２回日本生物物理関東支部研究会
  • Place of Presentation: 東京農工大学小金井キャンパス(東京都)
• [Presentation] 無細胞膜タンパク質合成系を利用したヒト銅トランスポーター（hCtr1）の大量合成
  • Author(s): 下野和実，水谷賢人，横山茂之，宮内正二
  • Organizer: 第７回トランスポーター研究会年会
  • Place of Presentation: 京都大学農学部(京都府)
• [Book] オプトジェネティックスー光工学と遺伝学による行動制御技術の最前線—;第1編第2章第1節"調製困難なロドプシン類の機能的大量合成法" (2013)
  • Author(s): 下野和実
  • Total Pages: 324
  • Publisher: 株式会社エヌティーエス
• [Book] オプトジェネティックスー光工学と遺伝学による行動制御技術の最前線― (2013)
  • Author(s): 下野和実
  • Total Pages: 288
  • Publisher: 株式会社エヌティーエス
• [Book] Photo-induced proton transfers of microbial rhodopsins. Molecular Photochemistry - Various Aspects (2012)
  • Author(s): Kikukawa, T., Tamogami, J., Shimono, K., Demura, M., Nara, T., Kamo, N
  • Total Pages: 282
  • Publisher: Book edited by Dr. Satyen Saha(DOI; 10.5772/34105)
• [Book] Molecular Photochemistry - Various Aspects (Book edited by Dr. Satyen Saha) Chapter 5 "Photo-induced proton transfers of microbial rhodopsins." (2012)
  • Author(s): Kikukawa, T., Tamogami, J., Shimono, K., Demura, M., Nara, T., Kamo, N.
  • Publisher: Intech