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

2016 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 / Z-loop / 自然免疫 / X線結晶構造解析 / ウィルス感染 / Toll様受容体 / TLR

Outline of Annual Research Achievements

TLR7/8/9の活性化には、分子内の挿入ループ (Z-loop) の切断が必要であることが先行研究により示されている。これまで構造解析が達成されたTLR8は野生型であり、S2細胞で発現させた後に既にZ-loopが切断されていたため、Z-loopの機能は不明だった。そこでアミノ酸残基の変異を導入することでZ-loop未切断型TLR8を作成し、構造解析を行った (Tanji et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2016)。
その結果、Z-loop未切断型TLR8は単量体であり、２量体界面に未切断のZ-loopが観察された。本研究により、未切断のZ-loopがTLR8の2量体化を阻害していることを構造生物学的に明らかにした。また、Z-loop未切断型TLR8は溶液中でも単量体であり、低分子リガンドはZ-loop未切断型TLR8に結合せず活性化型２量体への構造変化が起こらないこと、つまりZ-loop未切断型TLR8では２量体界面のリガンド結合部位（1st site）が機能せず生体内ではシグナルが伝達しないであろうことを見出した。一方で、Z-loop未切断型TLR8に対してRNAは結合することから、Z-loopとリング型構造の間のRNA結合部位（2nd site）は機能していることを見出した。
本研究は、Z-loopの切断によるTLR7/8/9の活性化機構の解明に寄与し、生物学的に意義があると考えられる。

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のZ-loop未切断体の結晶構造解析に成功しており、論文として発表した。

Strategy for Future Research Activity

これまで構造が明らかになったTLRはほとんどが細胞外ドメインであり、TLR全長体の構造はほとんど明らかになっていない。今後はTLR全長体の構造解析に取り組み、実際の活性化機構を明らかにする。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Colorado(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University of Colorado
• [Journal Article] Autoinhibition and relief mechanism by the proteolytic processing of Toll-like receptor 8. (2016)
  • Author(s): Tanji, H., Ohto, U., Shibata, T., Miyake, K., Shimizu, T.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA Volume: 113 Pages: 3012, 3017
  • DOI: 10.1073/pnas.1516000113
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structural Analysis Reveals that Toll-like Receptor 7 is a Dual Receptor for Guanosine and SingleStranded RNA. (2016)
  • Author(s): Zhang, Z., Ohto, U., Shibata, T., Krayukhina, E., Taoka, M., Yamauchi, Y., Tanji, H., Isobe, T., Uchiyama, S., Miyake, K., Shimizu, T.
  • Journal Title: Immunity Volume: 45 Pages: 737, 748
  • DOI: 10.1016/j.immuni.2016.09.011
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Structural studies of innate immune RNA receptor human TLR8 (2016)
  • Author(s): Tanji, H., Ohto, U., Shibata, T., Miyake, K., Shimizu, T.
  • Organizer: 14th Conference of the Asian Crystallographic Association
  • Place of Presentation: Hanoi (Vietnam)
  • Year and Date: 2016-12-04 – 2016-12-07
  • Int'l Joint Research