新規環状ジヌクレオチド合成酵素の構造基盤の解明

• Project/Area Number: 26840016
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Structural biochemistry
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 石井 亮平 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 特任助教 (90622548)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2015: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2014: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: セカンドメッセンジャー / X線結晶構造解析 / 環状ジヌクレオチド / 構造生物学

Outline of Annual Research Achievements

環状ジヌクレオチド (CDN) は細胞内シグナル伝達のセカンドメッセンジャーとして多様な生理活性を担っている．脊椎動物では，環状GMP-AMP合成酵素(cyclic GMP-AMP synthase; cGAS)が細胞質内DNAセンサーとして同定された． cGASはATPとGTPからCDNであるcyclic GMP-AMP (cGAMP) を産生し，下流の免疫応答を惹起することが知られている．近年，新規のcGAMP産生酵素として，ジヌクレオチド環化酵素 (dinucleotide cyclase; DncV) が真性細菌Vibrio choleraeより同定された．DncVはコレラ菌の病原性に強く関与していることが示唆されているがその詳細な役割はわかっていない．cGASによって産生されるcGAMPはリン酸ジエステル結合が2'-5'および3'-5'で結合する非標準的な環状構造をとるのに対し，コレラ菌由来DncVによって産生されるcGAMPは両方のリン酸ジエステル結合が3’-5’で結合する標準的な環状構造をとる．

本研究ではDncVによるCDN産生機構を解明することを目指し，V. cholerae及びE. coli由来DncVの結晶構造解析を行なった．平成26年度には，単体および反応前に相当するpre-reaction 状態のヌクレオチドとの複合体について1.6～2.3オングストローム分解能で構造決定に成功した．本年度はより詳細な反応機構を明らかにするために，反応中間体の構造取得を目指して，DncVと様々なヌクレオチドおよびヌクレオチドアナログとの共結晶構造解析を行ったが， 中間体を反映した構造は得られなかった．

Research Products

• [Journal Article] Structural Basis for the Catalytic Mechanism of DncV, Bacterial Homolog of Cyclic GMP-AMP Synthase (2015)
  • Author(s): Kazuki Kato, Ryohei Ishii, Seiichi Hirano, Ryuichiro Ishitani, Osamu Nureki
  • Journal Title: Structure Volume: 23 Issue: 5 Pages: 843-850
  • DOI: 10.1016/j.str.2015.01.023
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] cyclic GMP-AMP産生酵素の結晶構造 (2014)
  • Author(s): 加藤 一希, 石井 亮平, 石谷 隆一郎, 濡木理
  • Organizer: 平成26年度 日本結晶学会年会
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2014-11-01 – 2014-11-03
• [Presentation] Crystal structures of cyclic GMP-AMP syntheses involved in innate immune response (2014)
  • Author(s): Kato Kazuki, Ishii Ryohei, Goto Eiji, Ishitani Ryuichiro, Tokunaga Fuminori, Nureki Osamu
  • Organizer: 第87回 日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館
  • Year and Date: 2014-10-16