自然免疫系受容体によるリガンド認識とシグナル伝達の構造的基盤

• Project Area: Structural basis of cell-signalling complexes mediating signal perception, transduction and responses
• Project/Area Number: 23121510
• 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: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 大戸 梅治 東京大学, 薬学研究科(研究院), 助教 (90451856)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2012: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2011: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
• Keywords: 自然免疫 / Ｘ線結晶構造解析 / 受容体

Outline of Annual Research Achievements

本申請課題では，自然免疫系の受容体によるリガンド認識機構やシグナル伝達機構を主にＸ線結晶構造解析により明らかにすることを目的として，主に以下の3つのグループに焦点を当てて研究を進める。
１．核酸認識TLRs (TLR7，TLR8，TLR9)と核酸の複合体（抗ウイルス薬，ワクチン）
２．細胞内NLRs (Nod1，Nod2)とリガンドの複合体（クローン病，アレルギー）
３．TLRの輸送や機能を制御する蛋白質（RP105/MD-1，PRAT4A,B）（自己免疫疾患）
（TLR4/MD-2の構造解析について）TLR4/MD-2受容体は，グラム陰性細菌の外膜構成成分であるlipopolysaccharide (LPS)を認識し，細胞内にシグナルを伝え免疫系を活性化する。過度のLPS応答は，生命を脅かす敗血症を引き起こすが，その有効な治療薬は開発されていない。Lipid IVaはLPSの生合成前駆体であり，ヒトTLR4/MD-2に対してはアンタゴニスト、マウスTLR4/MD-2に対してはアゴニストとして作用するが詳細な機構は明らかになっていない。本年度は，マウスTLR4/MD-2/lipid IVa複合体およびマウスTLR4/MD-2/LPS複合体の構造解析を成功させた。（核酸認識TLRについて）本年度は，核酸を認識する自然免疫系受容体のTLR7，TLR8，TLR9について，結晶化に適した発現系の構築を進めるとともに有望なコンストラクトについて結晶化を進めた。ヒトTLR8について、リガンド非結合型および低分子リガンド結合型での構造解析に成功した。これに関して、引き続きRNA複合体の構造解析を目指して研究を進めている。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Human TLR4 polymorphism D299G/T399I alters TLR4/MD-2 conformation and response to a weak ligand monophosphoryl lipid A (2013)
  • Author(s): N. Yamakawa, U. Ohto, S. Akashi-Takamura, K. Takahashi, SI. Saitoh, N. Tanimura, T. Suganami, Y. Ogawa, T. Shibata, T. Shimizu, K. Miyake
  • Journal Title: Int. Immunol. Volume: 25 Issue: 1 Pages: 45-52
  • DOI: 10.1093/intimm/dxs084
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural reorganization of the Toll-like receptor 8 dimer induced by agonistic ligands (2013)
  • Author(s): Tanji H, Ohto U, Shibata T, Miyake K, Shimizu T
  • Journal Title: Science Volume: 339 Issue: 6126 Pages: 1426-1429
  • DOI: 10.1126/science.1229159
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] TLR4-MD-2 complex is negatively regulated by an endogenous ligand, globotetraosylceramide in vascular endothelial cells. (2013)
  • Author(s): Kondo, Y., Tokuda, N., Nishitani, C., Ohto, U., Akashi-TakKondo, Y., Tokuda, N., Nishitani, C., Ohto, U., Akashi-Takamura, S., Ito, Y., Uchikawa, M., Kuroki, Y., Miyake, K., Zhang, Q., Furukawa, K., Furukawa, K
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA Volume: 110 Issue: 12 Pages: 4714-4719
  • DOI: 10.1073/pnas.1218508110
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis of species-specific endotoxin sensing by innate immune receptor TLR4/MD-2 (2012)
  • Author(s): Ohto U, Fukase K, Miyake K, Shimizu T
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A. Volume: 109 Issue: 19 Pages: 7421-7426
  • DOI: 10.1073/pnas.1201193109
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Coagulation Factor X Activates Innate Immunity to Human Species C Adenovirus. (2012)
  • Author(s): Doronin K.
  • Journal Title: Science. Volume: 6108 Issue: 6108 Pages: 795-8
  • DOI: 10.1126/science.1226625
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural analyses of human Toll-like receptor polymorphisms D299G and T399I (2012)
  • Author(s): Ohto U, Yamakawa N, Akashi-Takamura S, Miyake K, Shimizu T
  • Journal Title: J Biol Chem. Volume: 287 Issue: 48 Pages: 40611-40617
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.404608
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Saturated fatty acid and TLR signaling link β cell dysfunction and islet inflammation. (2012)
  • Author(s): Eguchi K, Manabe I, Oishi-Tanaka Y, Ohsugi M, Kono N, Ogata F, Yagi N, Ohto U, Kimoto M, Miyake K, Tobe K, Arai H, Kadowaki T, Nagai R
  • Journal Title: Cell Metab. Volume: 15 Issue: 4 Pages: 518-533
  • DOI: 10.1016/j.cmet.2012.01.023
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Expression, purification, crystallization and preliminary X-ray crystallographic analysis of human β-galactosidase (2012)
  • Author(s): Usui, K., Ohto, U., Ochi, T., Shimizu, T., Satow, Y.
  • Journal Title: Acta Crystallogr.Sect.F Volume: 68 Issue: 1 Pages: 73-77
  • DOI: 10.1107/s1744309111047920
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal Structure of Human β-Galactosidase: The Structural Basis of GM1 Gangliosidosis and Morquio B Diseases (2012)
  • Author(s): Ohto U, et al.
  • Journal Title: J.Biol.Chem. Volume: 287 Issue: 3 Pages: 1801-1812
  • DOI: 10.1074/jbc.m111.293795
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel dimer organization of the TLR family as revealed by the crystal structures of mouse and human RP105/MD-1 complex (2011)
  • Author(s): Ohto U, Miyake K, Shimizu T
  • Journal Title: J.Mol.Biol. Volume: 413 Issue: 4 Pages: 815-825
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2011.09.020
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 病原体由来RNAを認識する自然免疫系TLR8の結晶構造 (2013)
  • Author(s): 大戸梅治, 丹治裕美, 柴田琢磨, 三宅健介, 清水敏之
  • Organizer: 日本薬学会第133年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2013-03-28
  • Invited
• [Presentation] 4本鎖lipid Aによる種特異的TLR4/MD-2活性化機構の構造基盤 (2012)
  • Author(s): 大戸 梅治, 深瀬浩一，三宅健介，清水敏之
  • Organizer: 第85回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 博多
  • Year and Date: 2012-12-14
• [Presentation] Structural basis of species-specific endotoxin sensing by TLR4/MD-2 (2012)
  • Author(s): Umeharu Ohto
  • Organizer: Program for Young Researcher Symposium in Europe
  • Place of Presentation: Cambridge, UK
  • Year and Date: 2012-06-07
  • Invited
• [Presentation] 自然免疫系RP105/MD-1複合体の構造解析 (2012)
  • Author(s): 大戸梅治, 三宅健介, 清水敏之
  • Organizer: 日本薬学会132年会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2012-03-29
• [Presentation] Structural analyses of mouse MD-1 protein complexed with endogenous phospholipid (2011)
  • Author(s): Umeharu Ohto, Hitomi Harada, Yoshinori Satow
  • Organizer: International Union of Crystallography 2011
  • Place of Presentation: Madrid, Spain
• [Remarks]
  • URL: http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~kouzou/index.html