2021 Fiscal Year Annual Research Report
クロススケール細胞内分子構造動態解析が解明する小胞体恒常性維持機構
| Project Area | New cross-scale biology |
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| Project/Area Number |
21H05253
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
稲葉 謙次 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (10423039)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡部 聡 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (50432357)
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| Project Period (FY) |
2021-09-10 – 2026-03-31
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| Keywords | クライオ電子顕微鏡 / 小胞体品質管理 / カルシウム / カーゴ受容体 / 超解像顕微鏡 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度は、ハイエンドのクライオ電子顕微鏡を利用して、全長ERGIC-53とMCFD2複合体のクライオ電顕単粒子解析に取り組んだ。通常の解析方法ではERGIC-53特有の長い粒子の解析は困難だったため、まず各領域にフォーカスした解析によって、ヘッド領域の構造を3オングストローム分解能で決定し、四量体形成の相互作用基盤を明らかにした。また深層学習に基づいた粒子ピッキングプログラムを利用することで、全長ERGIC-53のクライオ電顕構造も決定し、非常に長く柔らかなストークドメインを利用した効率的なカーゴ輸送機構が示唆された。
さらに小胞体およびゴルジ体のカルシウム恒常性維持に関わるカルシウムポンプSERCA2b, SPCA1aについても種々の反応中間状態でクライオ電顕による構造解析を進め、SERCA2bについては、これまで構造未決定であったカルシウムとリン酸基が結合した状態（E1P-2Ca状態）の構造を3.4Å分解能で決定することに成功した。SPCA1aについては高分解能の電顕マップが得られなかったため、サイズをより大きくする目的で、SPCA1aに特異的に結合するナノボディの作製を進め、すでに4種類の候補のナノボディが得られている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
カーゴ受容体ERGIC-53, カルシウムポンプSERCA2bの構造解析が順調に進み、またSPCA1aについても構造解析に向けたナノボディの作製が順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
カーゴ受容体ERGIC-53の課題については、決定した全長構造を元に、長いストーク領域や特徴的なヘッド領域の生理学的意義を調べるため、各種変異体を作成し、カーゴタンパク質の輸送活性を解析する。構造解析ならびに機能解析の結果をまとめ論文投稿を目指す。
SERCA2bの課題については、新たに決定されたE1P-2Ca状態のクライオ電顕構造をもとに、杉田グループと共同でMD計算を行う予定である。そこで得られた結果と合わせ、SERCA2bが駆動するカルシウムポンプサイクルの新た知見に関する論文を発表する。またSPCA1aの課題については、選定されたナノボディとの複合体の状態で一日も早く構造決定することを目指す。
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[Presentation] Mechanisms of ER-associated degradation pathway mediated by the cooperation of ERdj5 and BiP2021
Author(s)
Cai, X., Ito, S., Noi, K., Inoue, M., Ushioda, R., Nagata, K., and Inaba, K.
Organizer
第21回日本蛋白質科学会年会
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[Presentation] Correlative structural analysis of a full-length cargo receptor ERGIC-53 in complex with its partner MCFD22021
Author(s)
Watanabe, S., Kise, Y., Yonezawa, K., Shimizu, N., Nureki, O. and Inaba, K.
Organizer
第59回生物物理学会年会
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[Presentation] Cryo-EM analysis provides new mechanistic insight into ATP binding to Ca2+-ATPase SERCA2b2021
Author(s)
Zhang, Y., Watanabe, S., Tsutsumi, A., Kadokura, H., Kikkawa, M., and Inaba, K.
Organizer
第59回生物物理学会年会
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[Presentation] Cryo-EM structure analysis of Secretory Pathway Calcium/Manganese ATPase 1 (SPCA1)2021
Author(s)
Chen, Z., Watanabe, S., Hashida, H., Inoue, M., Tsutsumi, A., Kikkawa, M. and Inaba, K.
Organizer
第59回日本生物物理学会
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[Presentation] Cryo-EM analysis provides new mechanistic insight into ATP binding to Ca2+-ATPase SERCA2b2021
Author(s)
Zhang, Y., Watanabe, S., Tsutsumi, A., Kadokura, H., Kikkawa, M., and Inaba, K.
Organizer
第44回日本分子生物学会
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[Presentation] Mechanisms of ER-associated degradation pathway mediated by the cooperation of ERdj5 and BiP2021
Author(s)
Cai, X., Ito, S., Noi, K., Inoue, M., Ushioda, R., Nagata, K., and Inaba, K.
Organizer
第44回日本分子生物学会
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[Presentation] Cryo-EM structures of human zinc transporter ZNT7 reveal the mechanism of Zn2+ uptake from the cutosol into the Golgi apparatus2021
Author(s)
Bui, B. H., Watanabe, S., Nomura, N., Iwata, S., Tsutsumi, A., Kikkawa, M., and Inaba K.
Organizer
第44回 日本分子生物学会年会
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