必要時に可逆的立体構造形成する新規ペア型エーテル環化酵素の解析と再設計による応用

• Project Area: Creation of Complex Functional Molecules by Rational Redesign of Biosynthetic Machineries
• Project/Area Number: 19H04634
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 尾瀬 農之 北海道大学, 先端生命科学研究院, 准教授 (80380525)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000); Fiscal Year 2020: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2019: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
• Keywords: 蛋白質フォールディング / ポリエーテル天然物 / 共結晶解析 / NMR / 組換え放線菌 / 結晶解析 / 蛋白質科学

Outline of Research at the Start

Monensin生合成をモデルケースとしてポリエーテル骨格構築機構の解明に取り組んでいる。多様性を決定づけるエーテル環の導入は，特徴的な環化酵素が担うことが，最近は広く知られてる。Monensinの場合，その骨格を構築するために3 回の環化反応が必要である。しかしながら，モネンシン生合成遺伝子クラスター中には、環化酵素と考えられる遺伝子が2つしか存在しないため，2つの蛋白質がどのように3 回の環化反応を触媒するかを解明することで，複雑なポリエーテル骨格構築メカニズムを一般化できると考えた。結晶構造解析とNMR分光法を組み合わせて，新奇な蛋白質の性質を明らかにしたい。

Outline of Annual Research Achievements

特定の立体構造を形成しないIntrinsically Disordered Protein (IDP)あるいはIDRと呼ばれる蛋白質領域が機能発現をする事実は，1990年代にはよく知られるようになり，種々の例が研究され，多くの総説にまとめられている。統計法にもよるが，真核生物・ウイルスでは44-56%もの翻訳領域がIDRであるとさえいわれる。IDRとして特に研究が進んでいるものは，高等生物シグナル伝達系・転写翻訳系に多く含まれ，他の蛋白質との相互作用時に過渡的構造形成をおこなう例である。加えて近年では，液-液相分離や蛋白質水和ゲル化にIDRが深く関わり，生体分子の安定化，機能の局在化を決定する因子として注目されるなど，当初の予測を超えたIDRの性状・機能多様性が発見されたが，既知情報は氷山の一角であると思われる。本研究ではポリエーテル骨格構築経路に隠された巧妙なトリックを，monensin生合成をモデルケースとして解明することができた。多様性を決定づけるエーテル環の導入は，環化酵素MonBIおよびMonBIIのペアが担う。これまで基質アナログ体を使用した構造研究により，MonBIは酵素としての機能をもたず，MonBII活性化のための補助的な役割を果たすことがわかた。X線とNMRを組み合わせた研究から，大きな基質を収容するための長大ポケットを持ち，かつ反応過程に応じて形が異なる基質を認識するMonBIIは，単独で立体構造を形成できない蛋白質であることをつきとめた。酵素全長が構造非形成蛋白質（IDP）である例は無く，さらに相同性の高い２種の蛋白質が，一方はIDPとして活性担当，もう一方は構造形成・維持のための足場となる例はこれまでに無い。つまり，酵素MonBIIの活性構造形成を誘導する「ペア型」新奇シャペロン機構を提唱し，存在意義やこの機構の完全な証明ができた。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] The Measles Virus V Protein Binding Site to STAT2 Overlaps That of IRF9 (2020)
  • Author(s): Nagano Yuma、Sugiyama Aoi、Kimoto Madoka、Wakahara Takuya、Noguchi Yasuyo、Jiang Xinxin、Saijo Shinya、Shimizu Nobutaka、Yabuno Nana、Yao Min、Gooley Paul R.、Moseley Gregory W.、Tadokoro Takashi、Maenaka Katsumi、Ose Toyoyuki
  • Journal Title: Journal of Virology Volume: 94 Issue: 17
  • DOI: 10.1128/jvi.01169-20
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structural comparison of the C-terminal domain of functionally divergent lyssavirus P proteins (2020)
  • Author(s): Sugiyama Aoi、Nomai Tomo、Jiang Xinxin、Minami Miku、Yao Min、Maenaka Katsumi、Ito Naoto、Gooley Paul R.、Moseley Gregory W.、Ose Toyoyuki
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 529 Issue: 2 Pages: 507-512
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.05.195
  • NAID: 120007097390
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A straightforward approach to antibodies recognising cancer specific glycopeptidic neoepitopes (2020)
  • Author(s): Wakui Hajime、Tanaka Yoshikazu、Ose Toyoyuki、Matsumoto Isamu、Kato Koji、Min Yao、Tachibana Taro、Sato Masaharu、Naruchi Kentaro、Martin Fayna Garcia、Hinou Hiroshi、Nishimura Shin-Ichiro
  • Journal Title: Chemical Science Volume: 11 Issue: 19 Pages: 4999-5006
  • DOI: 10.1039/d0sc00317d
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Efficient preparation of human and mouse CD1d proteins using silkworm baculovirus expression system (2020)
  • Author(s): Kusaka Hiroki、Kita Shunsuke、Tadokoro Takashi、Yoshida Kouki、Kasai Yoshiyuki、Niiyama Harumi、Fujimoto Yukari、Hanashima Shinya、Murata Michio、Sugiyama Shigeru、Ose Toyoyuki、Kuroki Kimiko、Maenaka Katsumi
  • Journal Title: Protein Expression and Purification Volume: 172 Pages: 105631-105631
  • DOI: 10.1016/j.pep.2020.105631
  • NAID: 120007147244
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structure of HIV-2 Nef Reveals Features Distinct from HIV-1 Involved in Immune Regulation (2020)
  • Author(s): Hirao Kengo、Andrews Sophie、Kuroki Kimiko、Kusaka Hiroki、Tadokoro Takashi、Kita Shunsuke、Ose Toyoyuki、Rowland-Jones Sarah L.、Maenaka Katsumi
  • Journal Title: iScience Volume: 23 Issue: 1 Pages: 100758-100758
  • DOI: 10.1016/j.isci.2019.100758
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Specificity of Morbillivirus Hemagglutinins to Recognize SLAM of Different Species (2019)
  • Author(s): Fukuhara Hideo、Ito Yuri、Sako Miyuki、Kajikawa Mizuho、Yoshida Koki、Seki Fumio、Mwaba Mwila Hilton、Hashiguchi Takao、Higashibata Masa-aki、Ose Toyoyuki、Kuroki Kimiko、Takeda Makoto、Maenaka Katsumi
  • Journal Title: Viruses Volume: 11 Issue: 8 Pages: 761-761
  • DOI: 10.3390/v11080761
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structural and Functional Basis for LILRB Immune Checkpoint Receptor Recognition of HLA-G Isoforms (2019)
  • Author(s): Kuroki Kimiko、Matsubara Haruki、Kanda Ryo、Miyashita Naoyuki、Shiroishi Mitsunori、Fukunaga Yuko、Kamishikiryo Jun、Fukunaga Atsushi、Fukuhara Hideo、Hirose Kaoru、Hunt Joan S.、Sugita Yuji、Kita Shunsuke、Ose Toyoyuki、Maenaka Katsumi
  • Journal Title: The Journal of Immunology Volume: 203 Issue: 12 Pages: 3386-3394
  • DOI: 10.4049/jimmunol.1900562
  • NAID: 120007018379
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structural Elucidation of Viral Antagonism of Innate Immunity at the STAT1 Interface (2019)
  • Author(s): Hossain Md. Alamgir、Larrous Florence、Rawlinson Stephen M.、Zhan Jingyu、Sethi Ashish、Ibrahim Youssef、Aloi Maria、Lieu Kim G.、Mok Yee-Foong、Griffin Michael D.W.、Ito Naoto、Ose Toyoyuki、Bourhy Herv?、Moseley Gregory W.、Gooley Paul R.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 29 Issue: 7 Pages: 1934-1945.e8
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2019.10.020
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 中性子線結晶構造解析による、タンパク質内アンモニアの観測 (2021)
  • Author(s): 横溝太一，梶江啓志，李龍，姚閔，尾瀬農之
  • Organizer: 日本生物物理学会支部例会北海道ー東北支部合同年会
• [Presentation] 生体分子中のアンモニアを可視化する試み (2020)
  • Author(s): 横溝太一，李龍，姚閔，尾瀬農之
  • Organizer: 量子生命科学会 第2回大会
  • Invited
• [Presentation] Molecular basis of JAK-STAT signal pathway inhibition by rabies virus P-protein (2020)
  • Author(s): 杉山葵，南未来，蒋欣欣，永野悠馬，野間井智，若原拓也，前仲勝実，姚閔，尾瀬農之
  • Organizer: 蛋白質科学会年会
• [Presentation] 中性子線結晶構造解析によるタンパク質中のアンモニアの解析 (2020)
  • Author(s): 横溝太一，李龍，安達基泰，姚閔，尾瀬農之
  • Organizer: 日本結晶学会年会
• [Presentation] 免疫阻害機能の異なるリッサウイルスP蛋白質C末端ドメインの構造比較 (2020)
  • Author(s): 杉山葵，野間井智，蒋欣欣，南未来，前仲勝実，伊藤直人，Paul R. Gooley, Gregory W. Moseley，姚閔，尾瀬農之
  • Organizer: 日本結晶学会年会
• [Presentation] 狂犬病ウイルスP蛋白質によるJAK-STATシグナル阻害機構の解明 (2020)
  • Author(s): 杉山 葵，蒋欣欣，永野悠馬，前仲 勝実，姚閔，杉田征彦，廣瀬未果，Gregory Moseley ，尾瀬 農之
  • Organizer: Negative Strand Virus - Japan
• [Presentation] 狂犬病ウイルスP蛋白質によるJAK-STATシグナル阻害機構の解明 (2019)
  • Author(s): 杉山葵，蒋欣欣，永野悠馬，野間井智，若原拓也，前仲勝実，姚閔，Gregory Mosley，尾瀬農之
  • Organizer: 蛋白質科学会年会
• [Presentation] STAP-2の介在によりBreast tumor kinaseがSTATを活性化する機構の解明 (2019)
  • Author(s): 中迫純希，松尾友樹，神田諒，田中睦乃，姚閔，松田正，前仲勝実，尾瀬農之
  • Organizer: 日本生物物理学会
  • Invited