Structural biology aiming regulation of viral infection

• Project/Area Number: 23K23820
• Project/Area Number (Other): 22H02556 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43020:Structural biochemistry-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 大戸 梅治 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 准教授 (90451856)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000); Fiscal Year 2024: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2023: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2022: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
• Keywords: ウイルス感染 / 新型コロナウイルス / COVID-19 / B型肝炎 / NTCP / HBV / 胆汁酸 / トランスポーター

Outline of Research at the Start

本課題ではウイルス感染現象の理解およびその感染制御法の発案を志向した構造生物学的研究を展開する。本課題では、人類の健康にとって重要な問題である、新型コロナウイルス感染症およびB型肝炎ウイルス感染症を対象とする。それらの感染機構やその阻害機構に関してタンパク質レベルでの研究を進める。
本研究は、新型コロナウイルス感染症やB型肝炎ウイルス感染症の新規の治療薬開発に寄与すると考えられる。

Outline of Annual Research Achievements

本課題ではウイルス感染現象の理解およびその感染制御法の発案を志向した構造生物学的研究を展開する。2020年にアウトブレイクした新型コロナウイルス感染症（COVID-19）は世界中で猛威を振るった。その原因ウイルスSARS-CoV-2に関して世界中の研究者があらゆる観点から研究を進めてきたが、いまだ不明な点が多い。また、B型肝炎ウイルス（Hepatitis B virus, HBV）を原因とする慢性肝炎に起因する肝硬変や肝がんにより世界中で多くの人が苦しんでいるが、その侵入機構に関して不明な点が多い。本課題では次のの２点に関して研究を進める。
１．SARS-CoV-2のmembrane (M) タンパク質によるウイルス粒子形成機構の解明
２．HBVの肝細胞への侵入機構の解明
昨年度までに、１については、Mタンパク質の２量体構造のクライオ電子顕微鏡での構造解析に成功し、論文発表を行った（Nature Communications, 2022）。Mタンパク質の２量体はlong formとshort formの２つの異なる状態を形成することが明らかになった。２つの異なる状態は粒子の形態形成に関与することが予想される。２については、HBVの侵入を仲介する宿主側の受容体として同定されている胆汁酸トランスポーターNTCPのアポ体の構造決定に成功し論文発表を行った（Nature, 2022）。さらに昨年度は、NTCPとHBVのLHBタンパク質のN末端に存在するpreS1領域との複合体のクライオ電子顕微鏡構造解析に成功した（Nature Structural and Molecular Biology, 2024）。LHBのpreS1領域約50残基のペプチドの前半部分はNTPCの外側に開いたトンネルに深く侵入して結合していた。またpreS1の後半部分はNTPCの細胞外表面を這うように結合していた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

NTCPとHBV LHBタンパク質の複合体の構造解析に成功したため

Strategy for Future Research Activity

今年度は、Mタンパク質に関しては、構造解析したlong formおよびshort formで創薬標的となりうるポケットに対してインシリコスクリーニングにて薬剤候補化合物を選定し、有望な化合物とMタンパク質の相互作用解析、構造解析を進める。NTCPに関しては、NTCPとHBV感染阻害剤との複合体の構造解析を進める。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Stockholm University(スウェーデン)
• [Int'l Joint Research] University of Bonn(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Harvard Medical School, Boston/University of Pennsylvania(米国)
• [Int'l Joint Research] Stockholm University(スウェーデン)
• [Journal Article] Structural basis of hepatitis B virus receptor binding (2024)
  • Author(s): Asami Jinta、Park Jae-Hyun、Nomura Yayoi、Kobayashi Chisa、Mifune Junki、Ishimoto Naito、Uemura Tomoko、Liu Kehong、Sato Yumi、Zhang Zhikuan、Muramatsu Masamichi、Wakita Takaji、Drew David、Iwata So、Shimizu Toshiyuki、Watashi Koichi、Park Sam-Yong、Nomura Norimichi、Ohto Umeharu
  • Journal Title: Nature Structural & Molecular Biology Volume: 31 Issue: 3 Pages: 447-454
  • DOI: 10.1038/s41594-023-01191-5
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structural basis for thioredoxin-mediated suppression of NLRP1 inflammasome (2023)
  • Author(s): Zhang Zhikuan、Shibata Takuma、Fujimura Akiko、Kitaura Jiro、Miyake Kensuke、Ohto Umeharu、Shimizu Toshiyuki
  • Journal Title: Nature Volume: 622 Issue: 7981 Pages: 188-194
  • DOI: 10.1038/s41586-023-06532-4
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] TLR7/8 stress response drives histiocytosis in SLC29A3 disorders (2023)
  • Author(s): Shibata Takuma、Sato Ryota、Taoka Masato、Saitoh Shin-Ichiroh、Komine Mayumi、（他16人）、Ohto Umeharu、Shimizu Toshiyuki、Ozawa Manabu、Yoshida Nobuaki、Isobe Toshiaki、Latz Eicke、Mukai Kojiro、Taguchi Tomohiko、Hemmi Hiroaki、Akira Shizuo、Miyake Kensuke
  • Journal Title: Journal of Experimental Medicine Volume: 220 Issue: 9 Pages: 320230054-320230054
  • DOI: 10.1084/jem.20230054
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Novel multivalent S100A8 inhibitory peptides attenuate tumor progression and metastasis by inhibiting the TLR4-dependent pathway (2023)
  • Author(s): Deguchi A, Watanabe-Takahashi M, Mishima T, Omori T, Ohto U, Arashiki N, Nakamura F, Nishikawa K, Maru Y.
  • Journal Title: Cancer Gene Ther Volume: - Issue: 7 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1038/s41417-023-00604-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] TLR3 forms a laterally aligned multimeric complex along double-stranded RNA for efficient signal transduction (2023)
  • Author(s): Sakaniwa Kentaro、Fujimura Akiko、Shibata Takuma、Shigematsu Hideki、Ekimoto Toru、Yamamoto Masaki、Ikeguchi Mitsunori、Miyake Kensuke、Ohto Umeharu、Shimizu Toshiyuki
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 14 Issue: 1 Pages: 164-164
  • DOI: 10.1038/s41467-023-35844-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Activation and regulation mechanisms of NOD-like receptors based on structural biology (2022)
  • Author(s): Ohto Umeharu
  • Journal Title: Frontiers in Immunology Volume: 13 Pages: 953530-953530
  • DOI: 10.3389/fimmu.2022.953530
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structure of SARS-CoV-2 membrane protein essential for virus assembly (2022)
  • Author(s): Zhang Zhikuan、Nomura Norimichi、Muramoto Yukiko、Ekimoto Toru、Uemura Tomoko、Liu Kehong、Yui Moeko、Kono Nozomu、Aoki Junken、Ikeguchi Mitsunori、Noda Takeshi、Iwata So、Ohto Umeharu、Shimizu Toshiyuki
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 13 Issue: 1 Pages: 4399-4399
  • DOI: 10.1038/s41467-022-32019-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Propofol directly binds to and inhibits <scp>TLR7</scp> (2022)
  • Author(s): Koutsogiannaki Sophia、Bu Weiming、Maisat Wiriya、Manzor Mariel、Zhang Zhikuan、Ohto Umeharu、Eckenhoff Roderic G.、Yuki Koichi
  • Journal Title: The FASEB Journal Volume: 36 Issue: 8
  • DOI: 10.1096/fj.202200312r
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structure of the?bile acid transporter?and HBV receptor NTCP (2022)
  • Author(s): Asami Jinta、Kimura Kanako Terakado、Fujita-Fujiharu Yoko、Ishida Hanako、Zhang Zhikuan、Nomura Yayoi、Liu Kehong、Uemura Tomoko、Sato Yumi、Ono Masatsugu、Yamamoto Masaki、Noda Takeshi、Shigematsu Hideki、Drew David、Iwata So、Shimizu Toshiyuki、Nomura Norimichi、Ohto Umeharu
  • Journal Title: Nature Volume: 606 Issue: 7916 Pages: 1021-1026
  • DOI: 10.1038/s41586-022-04845-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 胆汁酸輸送体NTCPを介したB型肝炎ウイルス侵入の構造基盤 (2023)
  • Author(s): 大戸梅治
  • Organizer: 第96回日本生化学会大会（福岡）
  • Invited
• [Presentation] 自然免疫系Toll様受容体のリガンド認識と活性化機構 (2023)
  • Author(s): 大戸梅治
  • Organizer: 第42回日本認知症学会学術集会（奈良）
  • Invited
• [Presentation] B型肝炎ウイルスの受容体の立体構造とウイルス感染機構 (2023)
  • Author(s): 大戸梅治
  • Organizer: 日本薬学会第143年会
• [Remarks] researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/uohto
• [Remarks] プレスリリース B型肝炎ウイルスが感染受容体に結合するしくみを解明
  • URL: https://www.u-tokyo.ac.jp/focus/ja/press/z0111_90048.html
• [Remarks] プレスリリース 新たなNLRP1インフラマソーム活性抑制因子チオレドキシンの発見と構造解明
  • URL: https://www.f.u-tokyo.ac.jp/topics.html?page=0&key=1694655177
• [Remarks] 研究室HP
  • URL: https://kouzou.f.u-tokyo.ac.jp/