抗体の分子認識を契機とする補体系の活性化を活写する

• Project Area: Novel measurement techniques for visualizing 'live' protein molecules at work
• Project/Area Number: 17H05893
• 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: Institute for Molecular Science
• Principal Investigator: 谷中 冴子 分子科学研究所, 生命・錯体分子科学研究領域, 助教 (80722777)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2018: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2017: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: 抗体 / 補体 / 高速原子間力顕微鏡 / 核磁気共鳴法 / 高速AFM / NMR / 補体活性化カスケード / 糖脂質

Outline of Annual Research Achievements

抗体が標的細胞の膜表面に集合すると、それを皮切りに補体系が活性化され、最終的に細胞膜を侵襲し破壊する。免疫学の教科書には必ず記載されているこのスキームも、その一連の過程の分子科学的実体は驚くほど明らかとなっていない。その理由として、補体活性化カスケードが膜を舞台として分子が不均一に集合した状態で起こり、かつ各因子が過渡的に複合体を形成する不安定でダイナミックな性質を持つため、一連の過程を観測することが困難であることが挙げられる。本研究では、この過程を明らかにするためには、超分子計測のための試料と手法のそれぞれを工夫することで、抗体による抗原の認識を契機として異物を排除するに至る分子集団の振る舞いを活写することを目指した。
今年度は抗原を含む脂質膜上での免疫グロブリンG(IgG)の6量体リング構造形成のメカニズム解明に取り組んだ。高速原子間力顕微鏡を用い、マウス抗体やキメラ抗体、還元アルキル化抗体など様々な抗体での6量体の形成率を求めた。また、抗体に対して特異的に結合する分子を用いて6量体形成の阻害を試みた。その結果、抗体のヒンジ領域がもたらすIgGの柔軟性が6量体の形成に影響を及ぼすことが明らかとなった。また、抗体のFc領域と相互作用するプロテインAを添加することで6量体の形成が阻害されたことから、リング形成にはFc領域が関わっていることも示された。
一方、NMR計測においてはガングリオシドGM1などの抗原と抗体の相互作用解析を行い、抗原のエピトープを決定した。さらにIgGの柔軟性な構造についての理解を深めるべく、MDシミュレーションに着手した。MDシミュレーションによって得られた構造空間を実験計測によって裏付けるため、量子ビーム溶液散乱を行なった。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] National Inst. of Standards and Tech.(米国)
• [Int'l Joint Research] Institut Laue-Langevin(フランス)
• [Journal Article] Structural Biological Approach to Biopharmaceuticals (2018)
  • Author(s): Kato Koichi、Yanaka Saeko、Yagi Hirokazu
  • Journal Title: YAKUGAKU ZASSHI Volume: 138 Issue: 12 Pages: 1495-1502
  • DOI: 10.1248/yakushi.18-00020-3
  • NAID: 130007539077
  • ISSN: 0031-6903, 1347-5231
  • Year and Date: 2018-12-01
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Stable isotope labeling approaches for NMR characterization of glycoproteins using eukaryotic expression systems (2018)
  • Author(s): Yanaka Saeko、Yagi Hirokazu、Yogo Rina、Yagi-Utsumi Maho、Kato Koichi
  • Journal Title: Journal of Biomolecular NMR Volume: - Issue: 3 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1007/s10858-018-0169-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Backbone 1H, 13C, and 15N assignments of the extracellular region of human Fcγ receptor IIIb (2018)
  • Author(s): Yogo Rina、Yanaka Saeko、Kato Koichi
  • Journal Title: Biomol. NMR Assign Volume: - Issue: 1 Pages: 201-204
  • DOI: 10.1007/s12104-018-9809-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structure and Dynamics of Immunoglobulin G Glycoproteins (2018)
  • Author(s): Yagi Hirokazu、Yanaka Saeko、Kato Koichi
  • Journal Title: Advances in experimental medicine and biology Volume: 1104 Pages: 219-235
  • DOI: 10.1007/978-981-13-2158-0_11
  • ISBN: 9789811321573, 9789811321580
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Theoretical and Experimental Studies on Inclusion Complexes of Pinostrobin and β-Cyclodextrins (2018)
  • Author(s): Kicuntod Jintawee、Sangpheak Kanyani、Mueller Monika、Wolschann Peter、Viernstein Helmut、Yanaka Saeko、Kato Koichi、Chavasiri Warinthorn、Pongsawasdi Piamsook、Kungwan Nawee、Rungrotmongkol Thanyada
  • Journal Title: Sci. Pharm. Volume: 86 Issue: 1 Pages: 5-5
  • DOI: 10.3390/scipharm86010005
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Enabling adoption of 2D-NMR for the higher order structure assessment of monoclonal antibody therapeutics (2018)
  • Author(s): Brinson RG.、Marino JP.、Delaglio F、Arbogast LW.、Evans RM.、Kearsley A、Gingras G、Ghasriani H、Aubin Y、Pierens GK.、Jia X、Mobli M、Grant HG.、Keizer DW.、Schweimer K、Sthle J、Widmalm G、Zartler ER.、Lawrence CW.、Reardon PN.、Cort JR.、Xu P、Ni F、Yanaka S、Kato K、et al.
  • Journal Title: mAbs Volume: 11 Issue: 1 Pages: 94-105
  • DOI: 10.1080/19420862.2018.1544454
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 抗体のNMR研究の趨向と展望 (2018)
  • Author(s): 加藤晃一, 谷中冴子
  • Journal Title: SAR News Volume: 35 Pages: 1-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] NMR Detection of Semi-Specific Antibody Interactions in Serum Environments (2017)
  • Author(s): Yanaka Saeko、Yamazaki Toshio、Yogo Rina、Noda Masanori、Uchiyama Susumu、Yagi Hirokazu、Kato Koichi
  • Journal Title: Molecules Volume: 22 Issue: 10 Pages: 1619-1619
  • DOI: 10.3390/molecules22101619
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Conformational analysis of a high-mannose-type oligosaccharide displaying glucosyl determinant recognised by molecular chaperones using NMR-validated molecular dynamics simulation (2017)
  • Author(s): T.Suzuki, M.Kajino, S.Yanaka, T.Zhu, H.Yagi, T.Satoh, T.Yamaguchi, and K.Kato
  • Journal Title: ChemBioChem Volume: 18 Issue: 4 Pages: 396-410
  • DOI: 10.1002/cbic.201600595
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Elucidation of potential sites for antibody engineering by fluctuation editing (2017)
  • Author(s): Yanaka Saeko、Moriwaki Yoshitaka、Tsumoto Kouhei、Sugase Kenji
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 7 Issue: 1 Pages: 9597-9597
  • DOI: 10.1038/s41598-017-10246-9
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Technical Basis for Nuclear Magnetic Resonance Approach for Glycoproteins (2017)
  • Author(s): Kato Koichi、Yanaka Saeko、Yagi Hirokazu
  • Journal Title: Experimental Approaches of NMR Spectroscopy Volume: 1 Pages: 415-438
  • DOI: 10.1007/978-981-10-5966-7_15
  • ISBN: 9789811059650, 9789811059667
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hyper-assembly of Self-assembled Glycoclusters Mediated by Specific Carbohydrate-carbohydrate Interactions (2017)
  • Author(s): Yan, G.; Yamaguchi, T.; Suzuki, T.; Yanaka, S.; Sato, S.;Fujita, M.; Kato, K.
  • Journal Title: Chem. Asian J. Volume: 12 Issue: 9 Pages: 968-972
  • DOI: 10.1002/asia.201700202
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Characterization of conformational deformation-coupled interaction between immunoglobulin G1 Fc glycoprotein and a low-affinity Fcγ receptor by deuteration-assisted small-angle neutron scattering (2017)
  • Author(s): Yogo Rina、Yanaka Saeko、Yagi Hirokazu、Martel Anne、Porcar Linoel、Ueki Yutaro、Inoue Rintaro、Sato Nobuhiro、Sugiyama Masaaki、Kato Koichi
  • Journal Title: Biochemistry and Biophysics Reports Volume: 12 Pages: 1-4
  • DOI: 10.1016/j.bbrep.2017.08.004
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Formation of the chaperonin complex studied by 2D NMR spectroscopy (2017)
  • Author(s): Takenaka Toshio、Nakamura Takashi、Yanaka Saeko、Yagi-Utsumi Maho、Chandak Mahesh S.、Takahashi Kazunobu、Paul Subhankar、Makabe Koki、Arai Munehito、Kato Koichi、Kuwajima Kunihiro
  • Journal Title: PLOS ONE Volume: 12 Issue: 10 Pages: 187022-187022
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0187022
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Exploration of the Conformational Dynamics of Major Histocompatibility Complex Molecules (2017)
  • Author(s): Yanaka Saeko、Sugase Kenji
  • Journal Title: Frontiers in Immunology Volume: 8 Pages: 632-632
  • DOI: 10.3389/fimmu.2017.00632
  • NAID: 120006318865
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 血清環境下における抗体の相互作用解析 (2018)
  • Author(s): 谷中冴子，與語理那，矢木宏和，加藤晃一
  • Organizer: 第18回日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] 部位選択的重水素化を活用した抗体の血清中での相互作用解析 (2018)
  • Author(s): 谷中冴子
  • Organizer: 第19回 若手NMR研究会
  • Invited
• [Presentation] Structural characterization of antibody interactions in situ (2018)
  • Author(s): S. Yanaka, H. Watanabe, R. Yogo, H. yagi, T. Uchihashi and K. Kato
  • Organizer: 第56回日本生物物理学会年会
  • Invited
• [Presentation] 抗体研究から学ぶこと (2018)
  • Author(s): 谷中冴子
  • Organizer: 第91回日本生化学会大会 生化学若い研究者の会創立60周年記念シンポジウム「生命科学の来し方行く末」
  • Invited
• [Presentation] Fcの構造ダイナミクスがFcγ受容体との相互作用に及ぼす影響の解明 (2018)
  • Author(s): 谷中冴子、與語理那、矢木宏和、伊藤暁、奥村久士、加藤晃一
  • Organizer: 日本薬学会第139年会
  • Invited
• [Presentation] NMRを用いた血清中における抗体の相互作用解析 (2017)
  • Author(s): 谷中冴子、與語理那、矢木宏和、加藤晃一
  • Organizer: 第17回日本蛋白質科学会
  • Invited
• [Presentation] Stable isotope labeling for NMR observation of antibody glycoproteins in serum environments (2017)
  • Author(s): Saeko Yanaka
  • Organizer: Seminar at Max Planck Institute for Biophysical Chemistry
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Integrative approach for exploration and creation of dynamical ordering of biomolecular systems (2017)
  • Author(s): Saeko Yanaka
  • Organizer: 14th HORIZONs in Molecular Biology
  • Int'l Joint Research / Invited