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多剤耐性転写制御因子の動的薬剤認識と機能発現のNMR解析

Research Project

Project/Area Number 26713003
Research Category

Grant-in-Aid for Young Scientists (A)

Allocation TypePartial Multi-year Fund
Research Field Physical pharmacy
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

竹内 恒  独立行政法人産業技術総合研究所, 創薬分子プロファイリング研究センター, 主任研究員 (20581284)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2015-03-31
Project Status Discontinued (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2014: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Keywords多剤耐性 / 構造生物学 / 溶液NMR法 / 動的立体構造解析
Outline of Annual Research Achievements

本研究においては原核生物の多剤耐性トランスポーターの発現を担う多剤耐性転写因子が、様々な薬剤を認識し、転写制御を行う機構を、NMR 法を用いた動的立体構造解析により明らかにした。多剤耐性転写因子としてはPadRファミリーに属し、Lactococcus lactisの主要な多剤耐性機構を担うLmrRを対象とした。溶液NMR法を用いた運動性解析の結果、LmrRが非結合状態においても薬剤結合部位にus-nsの運動性を有することを見出した。またメチル化学シフト解析の結果、非結合状態においてはa4ヘリックスが開構造から閉構造の広い構造的平衡を示す一方、薬剤の結合に伴って、異なる度合いで閉方向に構造平衡が傾くことが明らかとなった。すなわちLmrRは薬剤の構造に合わせてa4ヘリックスの構造平衡を柔軟に変化させることで、様々な薬剤に対する結合を達成する。またメチル緩和解析により薬剤結合前後でのLmrR内部の運動性変化を比較すると、薬剤結合後にはむしろ遠位での構造的柔軟性が向上しており、その度合いから導き出される構造エントロピーは分子全体では増大していた。このことはLmrRが運動性の再配分を行うことで、薬剤への結合強度を構造エントロピーを介して向上させていることを示している。等温滴定型熱量計を用いた熱力学的解析を行った結果、LmrRの薬剤認識がエントロピー駆動型であり、NMR法から得られる知見と合致した。またLmrRはDNA結合に伴い、a4ヘリックスの構造平衡を薬剤とは逆向きに傾かせる。a4ヘリックスの構造はDNA結合ヘリックス間の距離と相関していることから、薬剤結合時にはDNAと結合しにくい構造にヘリックス間距離が分布していることとなる。このことが薬剤結合に伴うDNA親和性の低下を誘起すると考えられた。以上の知見はNMRを用いた動的構造解析により初めて明らかとなったものであり、多剤耐性システムの制御に重要な示唆を与えるものである。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(1 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • Research Products

    (4 results)

All 2014

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (2 results)

  • [Journal Article] NMR法により明らかとなるタンパク質複合体の機能的運動性2014

    • Author(s)
      竹内 恒、嶋田 一夫
    • Journal Title

      BULLETIN OF THE NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SOCIET Y OF JAPAN

      Volume: 5 Pages: 80-86

    • NAID

      40020568081

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Functional dynamics of cell surface membrane proteins.2014

    • Author(s)
      Nishida N, Osawa M, Takeuchi K, Imai S, Stampoulis P, Kofuku Y, Ueda T, Shimada I
    • Journal Title

      J Magn Reson

      Volume: 241 Pages: 86-96

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Dynamic multidrug recognition by multidrug transcriptional repressor LmrR from Lactococcus lactis2014

    • Author(s)
      Koh Takeuchi and Ichio Shimada.
    • Organizer
      ICMRBS 2014
    • Place of Presentation
      Hyatt Regency Dallas、Dallas, USA
    • Year and Date
      2014-08-24 – 2014-08-29
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] 多剤耐性転写制御因子LmrRの運動性と多剤薬剤認識機構のNMR解析2014

    • Author(s)
      竹内 恒、嶋田 一夫
    • Organizer
      第14回日本蛋白質科学会年会
    • Place of Presentation
      ワークピア横浜、横浜
    • Year and Date
      2014-06-25 – 2014-06-27
    • Related Report
      2014 Annual Research Report

URL: 

Published: 2014-04-04   Modified: 2016-06-01  

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