三量体G蛋白質によるイオンチャネル活性化シグナリングの構造基盤

• Project Area: Structural basis of cell-signalling complexes mediating signal perception, transduction and responses
• Project/Area Number: 25121707
• 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: 大澤 匡範 東京大学, 薬学研究科(研究院), 講師 (60361606)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2014: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000); Fiscal Year 2013: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
• Keywords: 内向き整流性K+チャネル / GIRK / Gタンパク質 / NMR

Outline of Annual Research Achievements

Gタンパク質共役型内向き整流性カリウムチャネル (GIRK) は、四量体として機能し、膜の興奮性を抑制することで心拍数の制御などを担う。Gタンパク質共役型受容体 (GPCR) のリガンド刺激によりGタンパク質ヘテロ三量体 (Gαβγ) が解離して生じたGβγが、GIRKの細胞内領域に結合することによりGIRKは開口する。一方、GPCRのリガンド刺激非存在下においてもGIRKは基底電流を生じており、その大きさは生理的環境下では過度の膜興奮性の低下を防ぐために抑制性の制御を受けている。この基底電流の抑制 (priming) は、GαβγがGIRKに直接結合することで生じることが示唆されているが、その分子機構は不明である。そこで本研究では、NMR法を用いてGαβγとGIRK細胞内領域の相互作用様式を明らかにし、primingの構造機構を解明することを目的とした。
マウスGIRK1細胞内領域 (残基番号41-63,190-386; GIRKCP) を観測対象としたGαβγとの転移交差飽和 (TCS) 実験から、Gαβγは主にGIRKCPの2つのサブユニットにまたがって直接結合することが分かった。また、GαβγをGIRKCPに添加した際、22個のシグナルは45 %以上の顕著な強度減少を示した。前者は結合に伴う分子量の増大、後者はGαβγの直接の結合もしくは結合に伴う構造変化による化学シフト変化を反映している。後者を示した残基はGαβγ結合部位、および、結合部位から離れたサブユニット界面およびβH-βIループに存在したことから、Gαβγ結合に伴いサブユニット界面およびβH-βIループに構造変化が生じることが分かった。これらのPデータから、primingは、Gαβγの結合によるGIRKサブユニット相対配置およびβH-βIループ構造の変化に起因することが示唆された。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Calmodulin and STIM proteins: Two major calcium sensors in the cytoplasm and endoplasmic reticulum (2015)
  • Author(s): Marshall CB, Nishikawa T, Osawa M, Stathopulos PB, Ikura M
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 印刷中 Issue: 1 Pages: 5-21
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.01.106
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis for the binding of the membrane-proximal C-terminal region of chemokine receptor CCR2 with the cytosolic regulator FROUNT (2014)
  • Author(s): Esaki K, Yoshinaga S, Tsuji T, Toda E, Terashima Y, Saitoh T, Kohda D, Kohno T, Osawa M, Ueda T, Shimada I, Matsushima K, Terasawa H
  • Journal Title: FEBS J Volume: 281 Issue: 24 Pages: 552-566
  • DOI: 10.1111/febs.13096
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Cross-saturation and transferred cross-saturation experiments (2014)
  • Author(s): Ueda T, Takeuchi K, Nishida N, Stampoulis P, Kofuku Y, Osawa M, Shimada I
  • Journal Title: Q Rev Biophys Volume: 47 Issue: 2 Pages: 143-187
  • DOI: 10.1017/s0033583514000043
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Functional dynamics of cell surface membrane proteins (2014)
  • Author(s): Nishida N, Osawa M, Takeuchi K, Imai S, Stampoulis P, Kofuku Y, Ueda T, Shimada I
  • Journal Title: J Magn Reson Volume: 241 Pages: 86-96
  • DOI: 10.1016/j.jmr.2013.11.007
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Backbone resonance assignments for G protein αi3 subunit in the GDP-bound state. (2014)
  • Author(s): Mase Y., Yokogawa M., Osawa M., and Shimada I.
  • Journal Title: Biomol. NMR Assign. Volume: 8 Issue: 2 Pages: 237-241
  • DOI: 10.1007/s12104-013-9491-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Solution NMR study on functional mechanism of membrane proteins (2013)
  • Author(s): Osawa M., Imai S., Takeuchi K, and Shimada I.
  • Journal Title: Seibutsubutsuri Volume: 53 Pages: 236-241
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Backbone resonance assignments for the cytoplasmic region of the Mg(2+) transporter MgtE in the Mg (2+)-unbound state (2013)
  • Author(s): Maruyama T, Imai S, Osawa M, Hattori M, Ishitani R, Nureki O, Shimada I.
  • Journal Title: Biomol NMR Assign Volume: 7 Issue: 1 Pages: 93-96
  • DOI: 10.1007/s12104-012-9385-y
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Gタンパク質三量体によるGタンパク質共役型内向き整流性カリウムチャネル活性制御機構の構造生物学的解明 (2014)
  • Author(s): 加納 花穂, 外山 侑樹, 岩橋 優太, 間瀬 瑶子, 横川 真梨子, 大澤 匡範, 嶋田 一夫
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] メチルTROSY法による膜タンパク質の機能調節メカニズムの解明 (2014)
  • Author(s): 大澤匡範, 今井駿輔, 竹内 恒, 嶋田一夫
  • Organizer: NMR討論会
  • Place of Presentation: 大阪大学（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2014-11-04 – 2014-11-06
  • Invited
• [Presentation] Structural Basis for Regulation of G Protein-activated Inwardly Rectifying Potassium Channel 1 (GIRK1) by G Proteins (2014)
  • Author(s): Osawa M, Mase Y, Yokogawa M,Takeuchi K, Shimada I
  • Organizer: 日本生生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • Year and Date: 2014-09-25 – 2014-09-27
  • Invited
• [Presentation] Structural Basis for Regulation of G Protein-activated Inwardly Rectifying Potassium Channel 1 (GIRK1) by G Proteins (2014)
  • Author(s): Osawa M, Mase Y, Yokogawa M,Takeuchi K, Shimada I
  • Organizer: International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems
  • Place of Presentation: Dallas （USA）
  • Year and Date: 2014-08-24 – 2014-08-29
  • Invited
• [Presentation] Structural analyses of the gating mechanism of inwardly rectifying potassium channel (2014)
  • Author(s): Toyama Y, Osawa M, Yokogawa M, Shimada I
  • Organizer: International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems
  • Place of Presentation: Dallas （USA）
  • Year and Date: 2014-08-24 – 2014-08-29
• [Presentation] 電位依存性カリウムイオンチャネルの膜電位感受機構の解明 (2014)
  • Author(s): 野﨑智裕、小澤新一郎、原田瞳、木村友美、大澤匡範、嶋田一夫
  • Organizer: 第12回次世代を担う若手のためのフィジカル・ファーマフォーラム
  • Place of Presentation: 箱根高原ホテル（神奈川県足柄下郡箱根町）
  • Year and Date: 2014-07-14 – 2014-07-15
• [Presentation] 電位依存性カリウムイオンチャネルの膜電位感受機構の解明 (2014)
  • Author(s): 野﨑智裕, 小澤新一郎, 原田瞳, 木村友美, 大澤匡範, 嶋田一夫
  • Organizer: 日本薬学会第134年会
  • Place of Presentation: 熊本大学(熊本県熊本市)
• [Presentation] イオンチャネルの機能に関連した動的構造 (2013)
  • Author(s): 今井駿輔、大澤匡範、三田建一郎、豊永翔、町山麻子、上田卓見、竹内 恒、老木成稔、嶋田一夫
  • Organizer: 第35回生体膜と薬物の相互作用シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京大学（東京都文京区）
• [Book] Large Protein Complexes Revealed by Solution-State NMR: G Proteins and G Protein-Activated Inwardly Rectifying Potassium Ion Channel (2013)
  • Author(s): Osawa M., Mase Y., Yokogawa M., Takeuchi K. and Shimada I.
  • Total Pages: 32
  • Publisher: Royal Society of Chemistry
• [Remarks] 東京大学大学院薬学系研究科 生命物理化学教室
  • URL: http://ishimada.f.u-tokyo.ac.jp/public_html/paper/Paper_e.html