選択標識による宿主とウイルスの蛋白質間相互作用の構造基盤の解明とその阻害剤の探索

• Project Area: Molecular basis of host cell competency in virus infection
• Project/Area Number: 15H01256
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 片平 正人 京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (70211844)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2016: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2015: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: Ｖｉｆ / APOBEC3 / リアルタイムNMR / CBFβ / APOBEC3G / Vif / NMR / 相互作用 / ＨＩＶ / HIV / 脱アミノ化 / リアルタイムモニタリング / ＮＭＲ / スライディング

Outline of Annual Research Achievements

ヒトのAPOBEC3Gタンパク質(A3G)は、DNAのシトシン塩基(C)を脱アミノ化してウラシル塩基(U)に変換する。これによりA3Gは、抗HIV活性を発揮する。しかしHIVのVifタンパク質はA3Gをユビキチン化しプロテアソームにおける分解に導く事で、A3Gの活性を阻害する。さらにVifはA3GとDNAの相互作用を阻害する事によっても、A3Gの活性を阻害する事が提唱されている。そこで我々は、Vif, CBFβ, EloB, EloC及びCul5の5つのタンパク質の複合体を調製し、このVif 5者複合体によるA3Gの脱アミノ化反応の阻害を、リアルタイムNMR法によって検証した。その結果、Vif 5者複合体による阻害効果が認められた。標的配列がかなり過剰な条件下にもかかわらず阻害効果が見られた事から、Vif 5者複合体は、A3Gと直接相互作用する事によって阻害を引き起こす事が示唆された。
ヒトのAPOBEC3Bタンパク質(A3B)は、A3Gと同様な脱アミノ化活性を有している。A3Bによって生じたヒトDNAの変異は、癌を引き起こす。我々はこれまでNMRシグナルを用いる事で、A3Gの塩基変換反応をリアルタイムでモニタリングし、酵素の挙動に関する新しい知見を得てきた。今回同法をA3Bに適用した。その結果A3Bは、短いDNA中の標的配列ほど高効率で脱アミノ化する事が分かった。これは、A3Gが長いDNA中の標的配列を高効率で脱アミノ化する事と、全く逆の挙動である。またA3Bは、DNA鎖の中央付近に配置された標的配列を、最も高効率で脱アミノ化する事が分かった。これは、A3Gが5'端近くに配置された標的配列ほど高効率で脱アミノ化する事と、全く異なる挙動である。A3BはA3Gに比べて、DNAへの親和性が低い。この事に基づいて、上述のA3Bの特性を合理的に説明するモデルを構築した。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Accurate and molecular-size-tolerant NMR quantitation of diverse components in solution (2016)
  • Author(s): Okamura, H., Nishimura, H., Nagata, T., Kigawa, T., Watanabe, T. and Katahira M.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 6(21742) Issue: 1 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1038/srep21742
  • NAID: 120005705947
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Characterization of the deamination coupled with sliding along DNA of anti-HIV factor APOBEC3G on the basis of the pH-dependence of deamination revealed by real-time NMR monitoring (2016)
  • Author(s): Kamba K, Nagata T, Katahira M
  • Journal Title: Front. Microbiol. Volume: 0 Pages: 0-0
  • DOI: 10.3389/fmicb.2016.00587
  • NAID: 120005947002
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Catalytic analysis of APOBEC3G involving real-time NMR spectroscopy reveals nucleic acid determinants for deamination (2015)
  • Author(s): K. Kamba, T. Nagata, M. Katahira
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 10 Issue: 4 Pages: e0124142-e0124142
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0124142
  • NAID: 120005668069
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Characterization of the deamination activity of APOBEC3B by real-time NMR, which is distinct from that of APOBEC3G (2017)
  • Author(s): Wan, L., Nagata, T., Morishita, R., Takaori-Kondo, A. and Katahira, M.
  • Organizer: The 7th Asia-Pacific NMR Symposium
  • Place of Presentation: Bangalore (インド）
  • Year and Date: 2017-02-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Real-time monitoring of APOBEC3G activity by NMR (2016)
  • Author(s): Katahira, M.
  • Organizer: The 2nd International Symposium on Molecular Basis of Virus-Host Interactions
  • Place of Presentation: ＡＣＵ（札幌）
  • Year and Date: 2016-10-22
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Accurate and molecular-size-tolerant NMR quantitation of diverse compounds, and real-time monitoring of enzymatic reaction (2016)
  • Author(s): Okamura, H., Kamba, K., Nishimura, H., Kigawa, T., Watanabe, T., Nagata, T. and Katahira, M.
  • Organizer: The XXVIIth International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems
  • Place of Presentation: 京都国際会議場（京都）
  • Year and Date: 2016-08-21
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Deamination mechanism coupled with sliding along single-stranded DNA of anti-HIV factor APOBEC3G as investigated by real-time NMR spectroscopy (2016)
  • Author(s): Kamba, K., Nagata, T. and Katahira M.
  • Organizer: The XXVIIth International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems
  • Place of Presentation: 京都国際会議場（京都）
  • Year and Date: 2016-08-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nucleic acid determinants of deamination by human anti-HIV factor, APOBEC3G, as revealed by real-time NMR method (2015)
  • Author(s): Kamba, K., Nagata, T., and Katahira, M.
  • Organizer: The 42nd International Symposium on Nucleic Acids Chemistry
  • Place of Presentation: エグレット姫路(姫路市）
  • Year and Date: 2015-09-23
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] The deamination mechanism of APOBEC3G required of effective mutation in viral genome (2015)
  • Author(s): 神庭圭佑，永田崇，片平正人
  • Organizer: 第５３回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 金沢大学（金沢市）
  • Year and Date: 2015-09-13
• [Presentation] Real-time monitoring of enzymatic reaction and switching of ribozyme/aptamer activities through sensing of K+ (2015)
  • Author(s): Katahira, M.
  • Organizer: The 6th Asia-Pacific NMR Symposium
  • Place of Presentation: Hong Kong Univ. Sci. Tech.（中国・香港）
  • Year and Date: 2015-08-13
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 片平研究室
  • URL: http://www.iae.kyoto-u.ac.jp/bio/