一本鎖ＲＮＡを認識する自然免疫受容体ＴＬＲの構造生物学的研究

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15J12485
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 丹治 裕美 東京大学, 薬学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Keywords: TLR8 / 一本鎖RNA / 自然免疫 / X線結晶構造解析 / ウィルス感染 / Toll様受容体

Outline of Annual Research Achievements

自然免疫に関わるToll様受容体(TLR)の中で、TLR7とTLR8は一本鎖RNA (ssRNA)を認識しており、様々なウィルス感染症や自己免疫疾患に関与している。本年度は、TLR8/ssRNA複合体のX線結晶構造解析に成功し、TLR8のssRNA認識機構を解明した (Tanji et al., Nat. Struct. Mol. Biol., 2015) 。
TLR8/ssRNA複合体の構造解析を行った結果、TLR8は活性化型の２量体を形成しており、２量体界面に存在する合成低分子リガンド結合部位 (1st site) にウリジンが、リング型構造の内側に存在する結合部位 (2nd site) にUGの配列を有するジヌクレオチドが、それぞれ結合していることが明らかになった。先行研究より、1st siteにリガンドが結合するとTLR8の活性化型２量体への構造変化を引き起こすことが示されており、TLR8のssRNA認識における真のリガンドはウリジンだと考えた。実際に、TLR8/ウリジン複合体の結晶構造解析の結果、TLR8は活性化型２量体を形成していることが明らかになった。さらに、等温滴定カロリメトリー法を用いて、グアノシン、アデノシン、シチジン、ウリジン、チミジンの各モノヌクレオシドの中でウリジンが最も強くTLR8に結合することを示した。また、ssRNAの存在下では、TLR8に対するウリジンの結合が増強することを明らかにした。これまではRNAがTLR8を活性化すると考えられていたが、本研究結果によって、実際はRNAの分解産物であるウリジンとssRNAを同時に認識して活性化されるという新規機構が解明された。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

現在までに、TLR8とssRNAの結晶構造解析に成功しており、論文として発表した。さらに、TLR8と種々のリガンドとの複合体構造解析に成功しており、共著者として論文を発表している。

Strategy for Future Research Activity

TLR8には、活性化に関わっているとされる挿入ループが存在する。今後は、この挿入ループによる活性化制御について構造生物学的な知見を得ることを目指し、挿入ループ部位の変異体を作成してＸ線結晶構造解析および性状解析を行う。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Kansas(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University of Kansas
• [Journal Article] Toll-like receptor 8 senses degradation products of single-stranded RNA. (2015)
  • Author(s): Tanji, H., Ohto, U., Motoi, Y., Shibata, T., Miyake, K., Shimizu, T.
  • Journal Title: Nat. Struct. Mol. Biol. Volume: 22 Pages: 109~115
  • DOI: 10.1038/nsmb.2943
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structural basis of CpG and inhibitory DNA recognition by Toll-like receptor 9. (2015)
  • Author(s): Ohto, U., Shibata, T., Tanji, H., Ishida, H., Krayukhina, E., Uchiyama, S., Miyake, K., Shimizu, T.
  • Journal Title: Nature Volume: 520 Pages: 702~705
  • DOI: 0.1038/nature14138
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The Imidazoquinoline Toll-Like Receptor-7/8 Agonist Hybrid-2 Potently Induces Cytokine Production by Human Newborn and Adult Leukocytes. (2015)
  • Author(s): Ganapathi, L., Van Haren, S., Dowling, D.J., Bergelson, I., Shukla, N.M., Malladi, S.S., Balakrishna, R., Tanji, H., Ohto, U., Shimizu, T., David, S.A., Levy, O.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 10 Pages: e0134640
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0134640
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structure-Based Design of Human TLR8-Specific Agonists with Augmented Potency and Adjuvanticity. (2015)
  • Author(s): Beesu, M., Caruso, G., Salyer, A. C., Sil, D., Weerasinghe, M., Tanji, H., Ohto, U., Shimizu, T., David S. A.
  • Journal Title: J. Med. Chem. Volume: 58 Pages: 7833~7849
  • DOI: 10.1021/acs.jmedchem.5b01087
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Structural studies of single-stranded RNA receptor TLR8 (2015)
  • Author(s): Hiromi Tanji, Umeharu Ohto, Takuma Shibaga, Kensuke Miyake, Toshiyuki Shimizu
  • Organizer: Toll 2015 Meeting
  • Place of Presentation: Marbella (Spain)
  • Year and Date: 2015-09-30 – 2015-10-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 自然免疫系一本鎖RNA受容体TLR8の構造基盤 (2015)
  • Author(s): 丹治裕美、大戸梅治、柴田琢磨、田岡万悟、山内芳雄、礒邉俊明、三宅健介、清水敏之
  • Organizer: 第15回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: あわぎんホール（徳島県徳島市）
  • Year and Date: 2015-06-24 – 2015-06-26
• [Book] 臨床免疫：アレルギー科 (2015)
  • Author(s): 丹治裕美、大戸梅治、清水敏之
  • Total Pages: 312 (294-298)
  • Publisher: 科学評論社