Structural elucidation of dioxin recognition by aryl hydrocarbon receptor

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15K14471
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 大戸 梅治 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 准教授 (90451856)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: ダイオキシン / 構造生物学 / Ｘ線結晶構造解析

Outline of Annual Research Achievements

環境中に広く存在するダイオキシンなどの芳香族炭化水素は，生体中ではAryl hydrocarbon receptor (AhR)（ダイオキシン受容体）により認識されている。AhRは転写調節因子であり，ダイオキシンに応答して薬物代謝酵素の誘導を促進させる。本申請課題では，AhRによるダイオキシンの認識と転写活性化機構をＸ線結晶構造解析により原子分解能で明らかにすることを目的とする。AhRは，発がんや催奇形性，自己免疫疾患，メタボリックシンドロームなど種々の病態に関与しており，これらの治療薬のターゲットとなることが期待されており，本研究はその構造基盤を与えるものである。本申請課題では，AhRによるダイオキシン認識と転写活性化の中核であるAhR（リガンド）/ARNTヘテロ２量体とDNA（XRE配列）の４者複合体の構造解析を目指す。これより，AhRによるリガンドの認識，AhRとARNTとの相互作用，AhR/ARNTによるDNA認識機構を原子レベルで明らかにする。
これまでの研究により、蛋白質表面に存在すると予想されるループ領域を欠損させた変異体を複数作成し結晶化を試みてきた。今年度はさらに結晶化に有利となるように一部のドメインを欠損させたAhR/ARNTを複数種類作成した。そのうちでPAS-Bドメインを欠損させたAhRとARNT複合体試料についてDNAとの複合体結晶を得ることに成功した。また、ARNTとヘテロ2量体を形成することでAhRとARNTの複合体形成を阻害するAhRRに関して、AhRR/ARNT複合体の結晶構造解析に成功した。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ミネソタ大/コロラド大(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: ミネソタ大/コロラド大
• [Journal Article] The crystal structure of mouse LC3B in complex with the FYCO1 LIR reveals the importance of the flanking region of the LIR motif. (2017)
  • Author(s): Sakurai, S., Tomita, T., Shimizu, T., & Ohto, U.
  • Journal Title: Acta Crystallogr F Struct Biol Commun. Volume: 73 Pages: 130-137
  • DOI: 10.1107/S2053230X17001911
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Emerging roles of the processing of nucleic acids and Toll-like receptors in innate immune responses to nucleic acids (2017)
  • Author(s): Miyake, K., Shibata, T., Ohto, U., & Shimizu, T.
  • Journal Title: J Leukoc Biol. Volume: 101 Pages: 135-142
  • DOI: 10.1189/jlb.4MR0316-108R.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structural Analysis Reveals that Toll-like Receptor 7 Is a Dual Receptor for Guanosine and Single-Stranded 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
• [Journal Article] Crystal structure of NOD2 and its implications in human disease (2016)
  • Author(s): Ohto U, Ishida H, Krayukhina E, Uchiyama S, Inoue N, Shimizu T.
  • Journal Title: Na. Commun. Volume: 7 Pages: 11813
  • DOI: 10.1038/ncomms11813.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Structures of nucleic acids sensing Toll-like receptors (2016)
  • Author(s): Umeharu Ohto and Toshiyuki Shimizu
  • Organizer: The 45th annual meeting of the Japanese Society for Immunology (JSI)（
  • Place of Presentation: 沖縄コンベンションセンター（沖縄、宜野湾）
  • Year and Date: 2016-12-05 – 2016-12-07
  • Invited
• [Presentation] Structural studies of innate immune RNA receptor human TLR8 (2016)
  • Author(s): Hiromi Tanji, Umeharu Ohto, Toshiyuki Shimizu
  • 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
• [Presentation] 自然免疫受容体 TLR7 の構造学的研究 (2016)
  • Author(s): 張志寛、大戸梅治、清水敏之
  • Organizer: 第16回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡、博多）
  • Year and Date: 2016-06-07 – 2016-06-09
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~kouzou/index.html