肝細胞増殖因子HGFによるMet受容体活性化機構の構造学的研究

• Project/Area Number: 23K21290
• Project/Area Number (Other): 21H02416 (2021-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2021-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43020:Structural biochemistry-related
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 有森 貴夫 大阪大学, 蛋白質研究所, 准教授 (80582064)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000); Fiscal Year 2024: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2023: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2022: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2021: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
• Keywords: X線結晶構造解析 / チロシンキナーゼ型受容体 / 結晶構造解析 / 肝細胞増殖因子 / クライオ電子顕微鏡 / 単粒子解析

Outline of Research at the Start

肝細胞増殖因子である HGFは、その受容体であるMetを介して細胞内にシグナルを伝達し、器官形成や組織の再生を促す生理活性物質である。このシグナル経路は、肝疾患やがんなど、様々な疾患と密接に関連しており、創薬のターゲットとして近年非常に注目されている。しかし、HGFがMetに結合してMetを活性化させるまでの分子機構は非常に複雑であり、まだ多くのことがわかっていない。本研究では、構造生物学的アプローチにより、HGFによるMetを介したシグナル伝達機構の全容を解明することを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

肝細胞増殖因子HGFとその受容体Metを介したシグナル伝達は，器官形成や組織の再生において重要な役割を担うが，この経路が異常に活性化されるとがんの進展をもたらしてしまう．細胞内へとシグナルを伝えるためには，HGFがMetに結合する前に，HGF自身がプロテアーゼ切断により不活性型から活性化型へと変換される必要があるが，そのメカニズムの詳細は明らかになっていない．本研究では，構造生物学的アプローチにより，HGFによるMetの活性化機構およびその制御機構の解明を目指す．
これまでに，小型抗体Fv-claspを結晶化シャペロンとして利用することで，活性化型HGFでは2.4Å分解能，不活性型HGFでは3.69Å分解能のX線回折データの取得に成功している．結晶構造から，プロテアーゼ切断に伴いHGFのループ構造（受容体とのインターフェースの構造）が大きく変化することが明らかになったが，一方で，切断部位を含む長いリンカーで繋がれた2つのドメインの相対配置は，リンカーが切断されても変化していなかった．これら 2つのドメインは主に静電的相互作用によって維持されていることが結晶構造から示唆されたため，ドメイン間の相互作用を破壊するような変異体をデザインし，ドメイン間相互作用の変化およびMetの活性化能を調べた．その結果，変異体では実際にドメイン間の相互作用が失われ，それに伴いMetの活性化能も著しく低下することが分かった．すなわち，HGFのプロテアーゼ切断は，受容体とのインテーフェースの構造形成のみに影響を与え，ドメイン間の相対配置には影響を与えないことが明らかになった．

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

論文執筆が予定よりやや遅れている．ただし，不活性型HGFおよび活性化型HGFの結晶構造解析については構造解析が完了し，PDBへの登録準備が整った．また，構造情報を基にした変異体解析等の実験もほぼ終了し，結晶構造から得られた知見を裏付けるデータが取得できている．

Strategy for Future Research Activity

本課題で得られたデータを整理し，論文執筆作業を進める．論文投稿に際して不足しているデータがあれば随時取得する．各種データの解析，PDBの登録を完了させ，年度内の論文投稿を目指す．

Research Products

• [Journal Article] Locally misfolded HER2 expressed on cancer cells is a promising target for development of cancer-specific antibodies (2024)
  • Author(s): Arimori Takao、Mihara Emiko、Suzuki Hiroyuki、Ohishi Tomokazu、Tanaka Tomohiro、Kaneko Mika K.、Takagi Junichi、Kato Yukinari
  • Journal Title: Structure Volume: - Issue: 5 Pages: 536-549.e5
  • DOI: 10.1016/j.str.2024.02.007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Celastrol suppresses humoral immune responses and autoimmunity by targeting the COMMD3/8 complex (2023)
  • Author(s): Shirai T, Nakai A, Ando E, Fujimoto J, Leach S, Arimori T, Higo D, van Eedem FJ, Tulyeu J, Liu YC, Okuzaki D, Murayama MA, Miyata H, Nunomura K, Lin B, Tani A, Kumanogoh A, Ikawa M, Wing JB, Standley DM, Takagi J, Suzuki K.
  • Journal Title: Science Immunology Volume: 8 Issue: 81
  • DOI: 10.1126/sciimmunol.adc9324
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Engineered fast-dissociating antibody fragments for multiplexed super-resolution microscopy (2022)
  • Author(s): Qianli Zhang, Akitoshi Miyamoto, Shin Watanabe, Takao Arimori, Masanori Sakai, Madoka Tomisaki, Tai Kiuchi, Junichi Takagi, Naoki Watanabe
  • Journal Title: Cell Reports Methods Volume: 2 Issue: 10 Pages: 100301-100301
  • DOI: 10.1016/j.crmeth.2022.100301
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] De novo Fc-based receptor dimerizers differentially modulate PlexinB1 function (2022)
  • Author(s): Sugano-Nakamura Nozomi、Matoba Kyoko、Hirose Mika、Bashiruddin Nasir K.、Matsunaga Yukiko、Yamashita Keitaro、Hirata Kunio、Yamamoto Masaki、Arimori Takao、Suga Hiroaki、Takagi Junichi
  • Journal Title: Structure Volume: 30 Issue: 10 Pages: 1411-1423.e4
  • DOI: 10.1016/j.str.2022.07.008
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 小型抗体フォーマット「Fv-clasp」の開発とその応用 (2023)
  • Author(s): 有森 貴夫
  • Organizer: 第74回日本電気泳動学会学術大会
  • Invited
• [Presentation] Fcヒンジ切断酵素IdeSを利用したハイスループット組換え蛋白質生産系の構築 (2023)
  • Author(s): 有森貴夫，高木淳一
  • Organizer: 第23回 日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] Mirabody を用いた上皮成長因子受容体 (EGFR) の人工作動薬創成 (2023)
  • Author(s): 新田 あずさ、水谷 文哉、三原 恵美子、有森 貴夫、高木 淳一
  • Organizer: 第23回 日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] がん特異的抗HER2抗体の構造から見えてきたがん抗原探索の新たな戦略 (2023)
  • Author(s): 有森 貴夫、加藤 幸成
  • Organizer: 第32回日本がん転移学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] Crystal structure of a cancer-specific anti-HER2 antibody (2023)
  • Author(s): T. Arimori, J. Takagi, Y. Kato
  • Organizer: XXI IUCr Congress 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] がん特異的抗体MMG49の抗原認識機構の解明に向けたX線結晶構造解析 (2023)
  • Author(s): 佐々木 優奈、保仙 直毅、高木 淳一、有森 貴夫
  • Organizer: 令和5年(2023年)度 日本結晶学会年会
• [Presentation] HER2の局所的なミスフォールド部位を認識する新規がん特異的抗体の開発 (2023)
  • Author(s): 有森 貴夫, 三原 恵美子, 金子 美華, 高木 淳一, 加藤 幸成
  • Organizer: 第96回 日本生化学会年会
• [Presentation] 受容体作動薬創成技術、Mirabody法の上皮成長因子受容体(EGFR)への応用 (2023)
  • Author(s): 新田 あずさ, 水谷 文哉, 三原 恵美子, 有森 貴夫, 高木 淳一
  • Organizer: 第96回 日本生化学会年会
• [Presentation] がん特異的抗HER2抗体の正常細胞/がん細胞識別機構 (2023)
  • Author(s): 有森貴夫，三原恵美子，鈴木裕之，大石智一，田中智大，金子美華，高木淳一，加藤幸成
  • Organizer: 第2回 日本抗体学会
• [Presentation] Engineered antibody fragment "Fv-clasp" for various research applications. (2023)
  • Author(s): Takao Arimori
  • Organizer: IPR X RIKEN BDR Symposium 2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 高難度組換え蛋白質生産と構造解析の支援・高度化・今後の展望 (2022)
  • Author(s): 有森貴夫
  • Organizer: 2021年度 AMED BINDSセミナー
• [Presentation] タンパク質工学を駆使した バイオ医薬品創製への挑戦 (2021)
  • Author(s): 有森貴夫
  • Organizer: キャタリストユニット講演会 Top Runners in TRS
  • Invited