生細胞環境でのケミカルラベル化を用いたタンパク質の動的構造解析

• Project Area: Novel measurement techniques for visualizing 'live' protein molecules at work
• Project/Area Number: 15H01637
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 浜地 格 京都大学, 工学研究科, 教授 (90202259)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000); Fiscal Year 2016: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2015: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
• Keywords: タンパク質 / 生細胞 / ケミカルラベル / 機能制御 / 動的構造 / イメージング

Outline of Annual Research Achievements

近年のタンパク質研究においては、単離精製したタンパク質の精密構造解析から、本来機能する生細胞における解析および評価へと研究の重要性がシフトしている。それに伴い、新規な方法論の開発が世界中で活発に進められているが、いずれの手法においてもタンパク質を遺伝子工学的に改変し、一過的に発現させる必要がある。我々は遺伝子操作することなく細胞に内在的に発現するタンパク質を化学修飾できる独自の方法「リガンド指向型化学」を報告した。本研究では、これまでに達成できていない、細胞内タンパク質に対する新たなラベル化法、および小分子リガンドを有さない膜タンパク質に対するラベル化およびその動態・機能制御法の開発を研究目的としている。
平成28年度は、神経伝達物質受容体の一種であるグルタミン酸受容体をモデルタンパク質として、そのHis変異導入と細胞表層での配位化学（OcCC）をグルタミン酸受容体に適用し、その動的構造制御とそれに連動したチャネル活性のコントロールが可能であることを実証した。これは、リガンド結合ドメインの動的な構造変化が膜結合ドメインのチャネル部分の構造変化を誘導するということが、推定されていた受容体を用いて、膜表層での動的構造をパラジウム錯体との配位結合によって人為的に固定化することを基軸とした新しいChemical genetics的な膜受容体活性制御法と言える。

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] Allosteric activation of membrane-bound glutamate receptors using coordination chemistry within living cells (2016)
  • Author(s): Shigeki Kiyonaka, Ryou Kubota, Yukiko Michibata, Masayoshi Sakakura, Hideo Takahashi, Tomohiro Numata, Ryuji Inoue, Michisuke Yuzaki, Itaru Hamachi
  • Journal Title: Nat. Chem. Volume: 8 Issue: 10 Pages: 958-967
  • DOI: 10.1038/nchem.2554
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Analysis of Cell-surface Receptor Dynamics Through Covalent Labeling by Catalyst-tethered Antibody (2015)
  • Author(s): Takahiro Hayashi, Yuki Yasueda, Tomonori Tamura, Yousuke Takaoka, Itaru Hamachi
  • Journal Title: J. Am. Chem. Soc. Volume: 137 Issue: 16 Pages: 5372-5380
  • DOI: 10.1021/jacs.5b02867
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ligand-directed Dibromophenyl Benzoate Chemistry for Rapid and Selective Acylation of Intracellular Natural Proteins (2015)
  • Author(s): Yousuke Takaoka, Yuki Nishikawa, Yuki Hashimoto, Kenta Sasaki, Itaru Hamachi
  • Journal Title: Chemical Science Volume: 6 Issue: 5 Pages: 3217-3224
  • DOI: 10.1039/c5sc00190k
  • NAID: 120005753890
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Extended Affinity-guided DMAP Chemistry with Finely-tuned Acyl Donor for Intracellular FKBP12 Labeling (2015)
  • Author(s): Zhining Song, Yousuke Takaoka, Yoshiyuki Kioi, Kazuhiro Komatsu,Tomonori Tamura, Takayuki Miki, Itaru Hamachi
  • Journal Title: Chemistry Letters Volume: 44 Issue: 3 Pages: 333-335
  • DOI: 10.1246/cl.141065
  • NAID: 130004868396
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] A new chemical genetic approach for controlling activity of membrane-bound receptor proteins in live cells (2016)
  • Author(s): Itaru Hamachi
  • Organizer: 1st A3 Roundtable Meeting on Chemical Probe Research Hub
  • Place of Presentation: Hotel Leopalace Hakata, Fukuoka, JAPAN
  • Year and Date: 2016-09-22
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Artificial Molecular Recognition Can Control the Function of Neurotransmitter Receptors in Live cells (2016)
  • Author(s): Itaru Hamachi
  • Organizer: 2016 IBS CONFERENCE
  • Place of Presentation: POSCO International Center, Pohang, KOREA
  • Year and Date: 2016-07-15
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 生細胞でのタンパク質の構造・機能解析のための有機化学的アプローチ (2016)
  • Author(s): 浜地 格
  • Organizer: 理研「分子システム研究」平成27年度成果報告シンポジウム
  • Place of Presentation: 理化学研究所・鈴木梅太郎ホール
  • Year and Date: 2016-02-03
  • Invited
• [Presentation] 膜蛋白質イメージングと機能制御のためのChemical Biology (2016)
  • Author(s): 浜地 格
  • Organizer: 酵素工学研究会第75回講演会
  • Place of Presentation: 京都大学・益川ホール
  • Invited
• [Presentation] Ligand-Directed Chemistry for Bioorthogonal Protein Labeling in Living System (2015)
  • Author(s): Itaru Hamachi
  • Organizer: Pacifichem 2015
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii, U.S.A
  • Year and Date: 2015-12-15
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] New Chemical Methods for Labeling and Imaging Proteins in Live Cell (2015)
  • Author(s): Itaru Hamachi
  • Organizer: New Advances in Optical Imaging of Live Cells and Organisms
  • Place of Presentation: Suzhou Dushu Lake Conference Center, CHINA
  • Year and Date: 2015-12-07
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 生細胞有機化学を基軸としたタンパク質解析のための新しい分子技術 (2015)
  • Author(s): 浜地 格
  • Organizer: 新学術領域研究「天然物ケミカルバイオロジー～分子標的と活性制御～」第8回公開シンポジウム
  • Place of Presentation: 東北大学・片平キャンパス・さくらホール
  • Year and Date: 2015-06-08
  • Invited
• [Remarks] 浜地研究室ホームページ
  • URL: http://www.sbchem.kyoto-u.ac.jp/hamachi-lab/