血球細胞のプロトンチャネルによる生体防御システム

• Project Area: Establishment of Integrative Multi-level Systems Biology and its Applications
• Project/Area Number: 25136713
• 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: Osaka University
• Principal Investigator: 藤原 祐一郎 大阪大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (20532980)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥10,400,000 (Direct Cost: ¥8,000,000、Indirect Cost: ¥2,400,000); Fiscal Year 2014: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2013: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: イオンチャネル / レドックス / プロトンチャネル / 血球細胞

Outline of Annual Research Achievements

白血球が病原体を貪食し活性酸素を利用して退治する「自然免疫」は最も基本となる生体防御機構である。“武器”として使われる活性酸素は時として様々な疾病を誘発する“毒”ともなりうる生体内小分子である。そのため生体が活性酸素を利用するには多階層にわたる厳密な制御機構の存在が必要不可欠となる。本申請では生体で活性酸素を産生し利用している代表的なシステムである免疫系貪食細胞において、活性酸素産生制御に関わるH+チャネルに注目して、原子構造レベル・分子細胞レベル・組織臓器レベルと多階層に渡る機能解析を行い、生体におけるH+チャネルを介した生体防御機構を明らかにする目的で行う。
本年度の達成：
（構造機能レベル）前年度解析に成功したVSOPチャネルの膜貫通領域の結晶構造の論文を国際誌に発表した。その結晶構造を用いて、VSOPチャネルの２量体モデルを作成し、電気生理学的機能解析および分子動力学的シミュレーション解析を行った。亜鉛結合の動的構造基盤や、H+透過を生み出すであろう分子内の水分子の移動や、２量体間機能的相互作用の構造基盤を明らかにした。そのうちの一部に関して国際誌に発表した。
（組織臓器レベル）VSOPノックアウトマウスの好中球を用いて解析を行った。刺激に対してエラスターゼ産生の亢進や、遊走性の亢進など、好中球の免疫応答が働き過ぎうまく制御されていない知見が得られた。研究結果を国際誌に発表した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Gating mechanisms of voltage-gated proton channels. (2015)
  • Author(s): Okamura Y, Fujiwara Y, Sakata S.
  • Journal Title: Annu Rev Biochem. Volume: 84 Issue: 1 Pages: 685-709
  • DOI: 10.1146/annurev-biochem-060614-034307
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] X-ray crystal structure of voltage-gated proton channel (2014)
  • Author(s): Takeshita K, Sakata S, Yamashita E, Fujiwara Y, Kawanabe A, Kurokawa T, Okochi Y, Matsuda M, Narita H, Okamura Y & Nakagawa A
  • Journal Title: Nat. Strucl. & Mol. Biol. Volume: (4) Issue: 4 Pages: 352-7
  • DOI: 10.1038/nsmb.2783
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Temperature-sensitive gating of voltage-gated proton channels (2014)
  • Author(s): Fujiwara Y, Okamura Y.
  • Journal Title: Current Topics in Membranes Volume: 74 Pages: 259-292
  • DOI: 10.1016/b978-0-12-800181-3.00010-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Long α-helices projecting from the membrane as the dimer interface in the voltage-gated H+ channel (2014)
  • Author(s): Fujiwara Y., Kurokawa T., Okamura Y.
  • Journal Title: Journal of General Physiology Volume: 143 Issue: 3 Pages: 377-386
  • DOI: 10.1085/jgp.201311082
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] X-ray Crystal Structure of Voltage-gated Proton Channel (2014)
  • Author(s): Takeshita K., Sakata S., Yamashita E., Fujiwara Y., Kawanabe A., Kurokawa T., Okochi Y., Matsuda M., Narita H., Okamura Y., Nakagawa A.
  • Journal Title: Nature Structural & Molecular Biology Volume: 21 Pages: 352-357
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Gating of the Designed Trimeric/Tetrameric Voltage-Gated H+ Channel (2013)
  • Author(s): Fujiwara Y., Kurokawa T., Takeshita K., Nakagawa A., Larsson HP., Okamura Y.
  • Journal Title: Journal of Physiology Volume: 591 Issue: 3 Pages: 627-640
  • DOI: 10.1113/jphysiol.2012.243006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural characteristics of the redox-sensing coiled coil in the voltage-gated H+ channel. (2013)
  • Author(s): Fujiwara Y, Takeshita K, Nakagawa A, Okamura Y
  • Journal Title: J Biol Chem. Volume: 288(25) Issue: 25 Pages: 17968-75
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.459024
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structure and function of dimeric assembly in voltage-gated H+ channel (2013)
  • Author(s): Fujiwara Y., Nakagawa A., Okamura Y.
  • Journal Title: Spring-8 Research Frontiers 2012 Volume: 2012 Pages: 14-15
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 電位依存性プロトンチャネルの結晶構造 (2015)
  • Author(s): 竹下 浩平、坂田 宗平、山下 栄樹、藤原 祐一郎、岡村 康司、中川 敦史
  • Organizer: 第１２０回日本解剖学会総会・学術集会第９２回日本生理学会大会合同大会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-03-21
• [Presentation] 電位依存性Ｈ⁺チャネルＳ４領域のトリプトファン残基が２量体間で協同し脱活性化のキネティクスを遅くする (2015)
  • Author(s): 奥田 裕子、米澤 康滋、鷹野 優、岡村 康司、藤原 祐一郎
  • Organizer: 第１２０回日本解剖学会総会・学術集会第９２回日本生理学会大会合同大会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-03-21
• [Presentation] Voltage-gated H+ channel dimer: from molecular structure to physiological function (2015)
  • Author(s): Yuichiro Fujiwara, Yasushi Okamura
  • Organizer: 「統合的多階層生体機能学領域の確立とその応用」領域終了記念シン ポジウム
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2015-03-06
• [Presentation] 電位依存性H+チャネルのゲート電流 (2014)
  • Author(s): 藤原 祐一郎、岡村 康司
  • Organizer: 第５２回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2014-09-25
• [Presentation] イオンチャネルアンカー蛋白質（アンキリンG）の細胞膜接着機構の構造基盤 (2014)
  • Author(s): 藤原祐一郎、城田松之、小林恵、竹下浩平、中川敦史、岡村 康司、木下賢吾
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2014-09-11
• [Presentation] 電位依存性H+チャネル２量体の構造と機能 (2014)
  • Author(s): 藤原祐一郎
  • Organizer: 第3回若手研究フォーラム
  • Place of Presentation: 大阪
  • Year and Date: 2014-07-30
  • Invited
• [Presentation] 電位依存性プロトンチャネル VSOP/Hv1 の動作原理 (2014)
  • Author(s): 岡村康司、藤原祐一郎、川鍋陽、坂田宗平、黒川竜紀
  • Organizer: 第91回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 鹿児島
  • Year and Date: 2014-03-18
  • Invited
• [Presentation] Voltage Sensing Mechanism in the Voltage-Gated H+ Channel (2014)
  • Author(s): 藤原祐一郎、岡村康司
  • Organizer: 第91回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 鹿児島
  • Year and Date: 2014-03-16
• [Presentation] 電位依存性H+ チャネルのゲーティングに対するS4領域の構造基盤 (2014)
  • Author(s): 奥田裕子、岡村康司、藤原祐一郎
  • Organizer: 第91回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 鹿児島
  • Year and Date: 2014-03-16
• [Presentation] Long alpha-helices projecting from the membrane as the dimer interface in the voltage-gated H+ channel (2014)
  • Author(s): 藤原祐一郎、黒川竜紀、岡村康司
  • Organizer: 第58回米国生物物理学会大会
  • Place of Presentation: San Francisco（米国）
  • Year and Date: 2014-02-19
• [Presentation] X-RAY CRYSTAL STRUCTURE OF VOLTAGE GATED PROTON CHANNEL (2014)
  • Author(s): 竹下浩平、坂田宗平、山下栄樹、藤原祐一郎、川鍋陽、黒川竜紀、大河内善 史、松田真、 成田宏隆、岡村康司、中川敦史
  • Organizer: 第58回米国生物物理学会大会
  • Place of Presentation: San Francisco（米国）
  • Year and Date: 2014-02-19
• [Presentation] Structural Characteristics of the Redox Sensing Coiled-coil in the Voltage-gated H+ Channel (2013)
  • Author(s): 藤原祐一郎、竹下浩平、中川敦史、岡村康司
  • Organizer: 第2回 HD Physiology 国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2013-06-28 – 2013-06-29
• [Presentation] Continuous α-helices of S4 and coiled-coil form the dimer interface in the voltage-gated H+ channel (2013)
  • Author(s): 藤原祐一郎、黒川竜紀、岡村康司
  • Organizer: 第2回 HD Physiology 国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2013-06-28 – 2013-06-29
• [Presentation] Molecular diversities of voltage sensing: from ion permeation to enzyme (2013)
  • Author(s): 岡村康司、藤原祐一郎、坂田宗平、河合喬文、筒井秀和、大河内善史
  • Organizer: Neuro2013
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2013-06-20
  • Invited
• [Presentation] Crystal Structure of AnkyrinG: the Ion Channel Anchoring Protein (2013)
  • Author(s): Fujiwara Y., Okamura Y.
  • Organizer: Neuro2013
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2013-06-20