小胞体内MHCの立体構造構築の理解

• Project Area: Creation, function and structure of neo-self
• Project/Area Number: 19H04799
• 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: Tohoku University
• Principal Investigator: 奥村 正樹 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (50635810)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2020: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2019: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: MHC / シャペロン / 酸化的フォールディング / カルシウム / PDI / 品質管理 / oxidative folding / PDI family / cell free system / MHCクラス1 / PDIファミリー / 凝集抑制

Outline of Research at the Start

Human leukocyte antigen (HLA)において、なぜ多様性に富んだ分子型がさまざまな病気への応答（疾患感受性）と関連するのかという未解決な重要な課題がある。また、Major histocompatibility complex (MHC)を構成するb2mのD76N変異体は分解されず構造不安定化な状態で輸送され全身性アミロイドーシスとして振舞う問題点がある。そこで本提案では、従来申請者が培ってきた「小胞体内タンパク質品質管理の理解」を発展させ、さらに新たに「小胞体からの輸送経路の理解」まで拡張した視点から、MHCクラスⅠの立体構造構築原理を探究する。

Outline of Annual Research Achievements

HMCはPDI familyのひとつERp57とcomplexを組み、抗原ペプチドをloadingするPLC complexを形成する。しかしながら、MHCを構成する個々のb2m、HLAもしくは全
体のアッセンブリを補助する因子は不明である。

本年度はERp57とCNXの複合体形成がHLAの酸化的フォールディングの触媒及び凝集抑制に効果を示すか検証した。その際、本複合体形成がカルシウムによって制御されることを見出した。すなわち、カルシウム非存在下の方が存在下に比べ、複合体を強く形成することをITCや2D PAGEにより検証した。さらに、これら複合体は酸化的フォールディングの触媒の加速と、凝集抑制効果を示し、複合体形成とその機能について新たな機序を明らかにした。本結果は現在原著論文として投稿中である。

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

• [Int'l Joint Research] University of Glasgow(英国)
• [Int'l Joint Research] Korea Basic Science Institute(韓国)
• [Int'l Joint Research] KBSI(韓国)
• [Int'l Joint Research] University of Glasgow(英国)
• [Journal Article] A unique leucine-valine adhesive motif supports structure and function of protein disulfide isomerase P5 via dimerization (2021)
  • Author(s): Okumura, M.,* Kanemura, S.,# Matsusaki, M., # Kinoshita, M., # Saio, T., Ito, D., Hirayama, C., Kumeta, H., Watabe, M., Amagai, Y., Lee, Y.H., Akiyama, S., and Inaba, K.*
  • Journal Title: Structure Volume: in press
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Distinct roles and actions of protein disulfide isomerase family enzymes in catalysis of co-translational disulfide bond formation (2021)
  • Author(s): Hirayama, C., Machida, K., Noi, K., Murakawa, T., Okumura, M., Ogura, T., Imataka, H., and Inaba, K*.
  • Journal Title: iScience Volume: 4 Pages: 102296-102296
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Conjugate of Thiol and Guanidyl Units with Oligoethylene Glycol Linkage for Manipulation of Oxidative Protein Folding (2021)
  • Author(s): Okada, S., Matsusaki, M., Okumura, M.,* and Muraoka, T.*
  • Journal Title: molecules Volume: 26 Pages: 879-879
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Visualization of structural dynamics of protein disulfide isomerase enzymes in catalysis of oxidative folding and reductive unfolding (2021)
  • Author(s): Okumura M, Noi K, and Inaba K*
  • Journal Title: Current Opinion in Structural Biology Volume: 66 Pages: 49-57
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] PDI Family Members as Guides for Client Folding and Assembly (2020)
  • Author(s): Kanemura, S, Matsusaki, M, Inaba, K, and Okumura, M.*
  • Journal Title: Int. J. Mol. Sci. Volume: 21
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Antipsychotic olanzapine-induced misfolding of proinsulin in the ER accounts for atypical development of diabetes (2020)
  • Author(s): Ninagawa S*, Tada S,# Okumura M,# Inoguchi K,# Kinoshita M, Kanemura S, Imami K, Umezawa H, Ishikawa T, Okada T, Mackin R, Torii S, Ishihama Y, Inaba K, Anazawa T, Nagamine T, Mori K*
  • Journal Title: eLife Volume: 9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Biochemical characterization of ER-resident peroxidases, GPx7 and GPx8, reveals their different and regulated oxidative activities (2020)
  • Author(s): Kanemura S., Sofia E., Hirai N., Okumura M., Kadokura H., and Inaba K.*
  • Journal Title: JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY Volume: 295 Pages: 12772-12785
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Solution NMR for investigation of liquid-liquid phase separation (2020)
  • Author(s): Saio T*, Okumura M, Lee Y.H*
  • Journal Title: JKMRS Volume: 24 Pages: 47-52
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Protein Disulfide Isomerase family: from Proteostasis to Pathogenesis (2020)
  • Author(s): Matsusaki M, Kanemura S, Kinoshita M, Lee YH, Inaba K,* Okumura M.*
  • Journal Title: Biochim Biophys Acta-general subjects Volume: 1864 Pages: 129338-129338
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Dynamic assembly of protein disulfide isomerase in catalysis of oxidative protein folding (2019)
  • Author(s): Okumura M,* Noi K, Kanemura S, Kinoshita M, Saio T, Inoue Y, Hikima T, Akiyama S, Ogura T,* Inaba K.*
  • Journal Title: Nature Chemical Biology Volume: 15 Pages: 499-509
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Diverse Structural Conversion and Aggregation Pathways of Alzheimer's Amyloid-β (1-40). (2019)
  • Author(s): Lin Y, Sahoo BR, Ozawa D, Kinoshita M, Kang J, Lim MH, Okumura M, Huh YH, Moon E, Jang JH, Lee HJ, Ryu KY, Ham S, Won HS, Ryu KS, Sugiki T, Bang JK, Hoe HS, Fujiwara T, Ramamoorthy A, Lee YH.*
  • Journal Title: ACS nano Volume: 13(8) Pages: 8766-8783
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 小胞体内ジスルフィド結合触媒ネットワークとインスリンフォールディングの品質管理 (2020)
  • Author(s): 奥村正樹、稲葉謙次
  • Organizer: 分子生物学会webフォーラム
  • Invited
• [Presentation] 液液相分離する小胞体内シャペロンの発見、機能、制御機構 (2020)
  • Author(s): 奥村正樹
  • Organizer: 生化学会 年会 web セミナー
  • Invited
• [Presentation] Direct observation of actions of Protein Disulfide Isomerase in the catalysis of oxidative folding (2020)
  • Author(s): Masaki Okumura
  • Organizer: KBSI seminar
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] PDIファミリーのシャペロン機能の新展開 (2019)
  • Author(s): 奥村正樹
  • Organizer: 第3回 タンパク質可塑性についての研究会
  • Invited
• [Presentation] PDIファミリーメンバーP5の新規構造と機能 (2019)
  • Author(s): 奥村正樹, 金村進吾, 松崎元紀, 木下岬, 荒井堅太, 平山千尋, 天貝佑太, 門倉広, 秋山修志, 稲葉謙次
  • Organizer: 第42回分子生物学会年会
• [Presentation] PDIファミリー酵素によるヒト由来ガレクチンの構造機能制御機構の解明 (2019)
  • Author(s): 金村進吾, 黒井邦巧, 松崎元紀, 山口宏, 中林孝和, 稲葉謙次, 奥村正樹
  • Organizer: 第42回分子生物学会年会
• [Presentation] 小胞体内タンパク質の品質管理のフロンティア～温故知新～ (2019)
  • Author(s): 奥村正樹
  • Organizer: 関西学院大学理工学部講演会
  • Invited
• [Presentation] 小胞体内のタンパク質品質管理機構の解明 (2019)
  • Author(s): 奥村正樹
  • Organizer: 次世代研究者シンポジウム2019、名古屋大学
  • Invited
• [Presentation] Coupling effects of thiol and urea-type groups for promotion of oxidative folding (2019)
  • Author(s): Motonori Matsusaki, Shunsuke Okada, Kenji Inaba, Takahiro Muraoka, Masaki Okumura
  • Organizer: International symposium on unfolded proteins, protein folding, and disease-causing aggregation, Korea
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Structural insights into the protein homeostasis mechanism in the endoplasmic reticulum (2019)
  • Author(s): Masaki Okumura
  • Organizer: International symposium on unfolded proteins, protein folding, and disease-causing aggregation, Korea
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Structural insights into oxidative protein folding and chaperoning in the mammalian endoplasmic reticulum (2019)
  • Author(s): 奥村正樹
  • Organizer: 第二回タンパク質可塑性の研究会
  • Invited
• [Presentation] 新規レドックス分子のデザイン法確立と酸化的フォールディングへの応用 (2019)
  • Author(s): 松崎元紀, 岡田隼輔, 荒井堅太, 日高雄二, 稲葉謙次, 村岡貴博, 奥村正樹
  • Organizer: 第92回生化学会年会
• [Presentation] PDIファミリーによるβ2-microglubulinの品質管理機構の解明 (2019)
  • Author(s): 木下岬, 金村進吾, 松崎元紀, 李映昊, 稲葉謙次, 奥村正樹
  • Organizer: 第92回生化学会年会
• [Presentation] PDI family酵素によるヒト由来ガレクチンの機能制御機構の解明 (2019)
  • Author(s): 金村進吾, 黒井邦巧, 松崎元紀, 山口宏, 中林孝和, 稲葉謙次, 奥村正樹
  • Organizer: 第92回生化学会年会
• [Presentation] PDIファミリーが触媒する前駆体タンパク質の酸化的フォールディング機構の解明 (2019)
  • Author(s): 増田光紀, 金村進吾, 木下岬, 山口宏, 日高雄二, 稲葉謙次, 奥村正樹
  • Organizer: 第92回生化学会年会
• [Presentation] Understanding the mechanism by PDI family control proteostasis (2019)
  • Author(s): 奥村正樹、稲葉謙次
  • Organizer: 第92回生化学会年会
  • Invited
• [Presentation] Structures and functions of PDI family members involved in proteostasis (2019)
  • Author(s): Masaki Okumura
  • Organizer: University of Glasgow, UK
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] PDIファミリーによる前駆体タンパク質フォールディング中間体の分子認識機構の解明 (2019)
  • Author(s): 増田光紀, 金村進吾, 木下岬, 山口宏, 日高雄二, 稲葉謙次, 奥村正樹
  • Organizer: 第19回日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] 酸化的フォールディングを触媒するPDIの可視化 (2019)
  • Author(s): 奥村正樹, 野井健太郎, 金村進吾, 木下岬, 斉尾智英, 井上裕一, 引間孝明, 秋山修志, 小椋光, 稲葉謙次
  • Organizer: 第19回日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] 新規レドックス分子による酸化的フォールディングの促進と応用 (2019)
  • Author(s): 松崎元紀, 岡田隼輔, 荒井堅太, 日高雄二, 稲葉謙次, 村岡貴博, 奥村正樹
  • Organizer: 第19回日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] PDIファミリーによる小胞体内品質管理機構の最前線 (2019)
  • Author(s): 奥村正樹
  • Organizer: 成蹊大学セミナー
  • Invited
• [Presentation] 「可塑性」の学際的接点 (2019)
  • Author(s): 奥村正樹
  • Organizer: 「可塑性」研究会
  • Invited
• [Presentation] Newly developedthiol-disulfide exchange agent,guanidino-thiol (2019)
  • Author(s): Motonori Matsusaki, Shunsuke Okada, Kenta Arai, Yuji Hidaka, Kenji Inaba, Takahiro Muraoka, Masaki Okumura
  • Organizer: 14th ER redox club meeting, Herrsching am Ammersee, Germany
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Dynamic assembly/disassembly of Protein Disulfide Isomerase during the catalysis of oxidative protein folding (2019)
  • Author(s): Masaki Okumura, Kentaro Noi, Shingo Kanemura, Misaki Kinoshita, Tomohide Saio, Yuichi Inoue, Takaaki Hikima, Shuji Akiyama, Teru Ogura, Kenji Inaba
  • Organizer: 14th ER redox club meeting, Herrsching am Ammersee, Germany
  • Int'l Joint Research
• [Book] 小胞体におけるMHCの品質管理 (2020)
  • Author(s): 金村進吾, 松崎元紀, 前仲勝実, 稲葉謙次, 奥村正樹
  • Total Pages: 8
  • Publisher: 臨床免疫・アレルギー科
• [Book] 高速原子間力顕微鏡により明らかにされたプロテインジスルフィドイソメラーゼ（PDI）の構造ダイナミクス (2020)
  • Author(s): 奥村正樹、稲葉謙次
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 生化学会 みにれびゅう
• [Book] 高速原子間力顕微鏡により明らかにされたプロテインジスルフィドイソメラーゼ（PDI）の構造ダイナミクス (2020)
  • Author(s): 奥村正樹、稲葉謙次
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 生化学
• [Book] 高速原子間力顕微鏡を用いた酵素の触媒機構の可視化：PDIファミリーを例に (2019)
  • Author(s): 奥村正樹、稲葉謙次
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 北隆館、月間「細胞」構造生物学の最前線
• [Book] PDI ファミリー酵素群の構造ダイナミクスに基づく機能制御 (2019)
  • Author(s): 奥村正樹、稲葉謙次
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 北隆館、月刊「細胞」エレクトロンバイオダイナミクスが支える生命の生存戦略
• [Patent(Industrial Property Rights)] 液滴及びその製造方法 (2020)
  • Inventor(s): 奥村正樹, 松﨑元紀, 金村進吾, 稲葉謙次, 齋尾智英
  • Industrial Property Rights Holder: 奥村正樹, 松﨑元紀, 金村進吾, 稲葉謙次, 齋尾智英
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2020