有機分子の排出にかかわる膜輸送体の構造生物学

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 17H03640
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 石谷 隆一郎 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (90361568)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: Ｘ線結晶構造解析 / 膜タンパク質 / 多剤耐性菌 / 薬物動態

Outline of Annual Research Achievements

真核生物由来ＭＡＴＥに関しては，シロイヌナズナ由来ＭＡＴＥ輸送体ＡｔＤＴＸ１４について構造解析可能なレベルの量・純度のサンプル調製に成功，さらにＬＣＰ法による結晶化を行ったところ，３オングストローム分解能以上回折する結晶を得ることに成功した．すでに構造が決定されている細菌由来ＭＡＴＥの構造を用いた分子置換法により位相決定を行い、最終的に２．６オングストローム分解能で構造決定に成功した。そして、立体構造に基づいて、Ｃ末端ドメインの保存された酸性残基が脱プロトン化して、７番目の膜貫通ヘリックスが折れ曲がることにより、基質が細胞外に輸送されるというメカニズムを提唱した。さらに、ヒト培養細胞を用いた輸送活性測定、大腸菌を用いた遺伝学的解析により、構造に基づいた変異体解析を行い、輸送機構を検証した。以上の結果は、Ｎａｔｕｒｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ誌に掲載された。
以上のように，植物由来MATE、哺乳類由来ＭＡＴＥに関しては予定通り計画が進んでおり，特に植物由来MATEについては立体構造決定に成功、論文として結果を発表するに至った。今後，哺乳類由来MATEに関しては，構造解析可能なレベルの量・純度・安定性を有する発現系の網羅的探索と結晶化スクリーニングを進行中である．一方で、植物ＭＡＴＥについても、基質複合体の構造が依然得られていないため、今後、いくつかの既知の基質について複合体の結晶化を試み、構造解析を進める。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

植物由来MATE、哺乳類由来MATEに関しては予定通り計画が進んでおり，特に植物由来MATEについては立体構造決定に成功、論文として結果を発表するに至った。今後，哺乳類由来MATEに関しては，構造解析可能なレベルの量・純度・安定性を有する発現系の網羅的探索と結晶化スクリーニングを進行中であり，予定通り計画が進んでいる．

Strategy for Future Research Activity

今後，哺乳類由来MATEに関しては，構造解析可能なレベルの量・純度・安定性を有する発現系の網羅的探索と結晶化スクリーニングをすすめる．一方で、植物MATEについても、基質複合体の構造が依然得られていないため、今後、いくつかの既知の基質について複合体の結晶化を試み、構造解析を進める。

Research Products

• [Journal Article] Structural basis for xenobiotic extrusion by eukaryotic MATE transporter. (2017)
  • Author(s): Miyauchi H, Moriyama S, Kusakizako T, Kumazaki K, Nakane T, Yamashita K, Hirata K, Dohmae N, Nishizawa T, Ito K, Miyaji T, Moriyama Y, Ishitani R, Nureki O
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 8 Pages: 1633
  • DOI: doi: 10.1038/s41467-017-01541-0
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structural insights into the competitive inhibition of the ATP-gated P2X receptor channel (2017)
  • Author(s): Kasuya G, Yamaura T, Ma XB, Nakamura R, Takemoto M, Nagumo H, Tanaka E, Dohmae N, Nakane T, Yu Y, Ishitani R, Matsuzaki O, Hattori M, Nureki O
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 8 Pages: 876
  • DOI: doi: 10.1038/s41467-017-00887-9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structure of the triose-phosphate/phosphate translocator reveals the basis of substrate specificity (2017)
  • Author(s): Lee Y, Nishizawa T, Takemoto M, Kumazaki K, Yamashita K, Hirata K, Minoda A, Nagatoishi S, Tsumoto K, Ishitani R, Nureki O
  • Journal Title: Nat Plants Volume: 3 Pages: 825-832
  • DOI: doi: 10.1038/s41477-017-0022-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structural insights into ligand recognition by the lysophosphatidic acid receptor LPA6 (2017)
  • Author(s): Taniguchi R, Inoue A, Sayama M, Uwamizu A, Yamashita K, Hirata K, Yoshida M, Tanaka Y, Kato HE, Nakada-Nakura Y, Otani Y, Nishizawa T, Doi T, Ohwada T, Ishitani R, Aoki J, Nureki O
  • Journal Title: Nature Volume: 548 Pages: 356-360
  • DOI: doi: 10.1038/nature23448
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structural Basis for the Canonical and Non-canonical PAM Recognition by CRISPR-Cpf1 (2017)
  • Author(s): Yamano T, Zetsche B, Ishitani R, Zhang F, Nishimasu H, Nureki O
  • Journal Title: Mol Cell Volume: 67 Pages: 633-645
  • DOI: doi: 10.1016/j.molcel.2017.06.035
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ATP-dependent modulation of MgtE in Mg2+ homeostasis (2017)
  • Author(s): Tomita A, Zhang M, Jin F, Zhuang W, Takeda H, Maruyama T, Osawa M, Hashimoto KI, Kawasaki H, Ito K, Dohmae N, Ishitani R, Shimada I, Yan Z, Hattori M, Nureki O
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 8 Pages: 148
  • DOI: doi: 10.1038/s41467-017-00082-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structural Basis for the Altered PAM Recognition by Engineered CRISPR-Cpf1 (2017)
  • Author(s): Nishimasu H, Yamano T, Gao L, Zhang F, Ishitani R, Nureki O
  • Journal Title: Mol Cell Volume: 67 Pages: 139-147
  • DOI: doi: 10.1016/j.molcel.2017.04.019
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cyclic GMP-AMP as an Endogenous Second Messenger in Innate Immune Signaling by Cytosolic DNA (2017)
  • Author(s): Kato K, Omura H, Ishitani R, Nureki O
  • Journal Title: Annu Rev Biochem Volume: 86 Pages: 541-566
  • DOI: doi: 10.1146/annurev-biochem-061516-044813
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structural insights into the nucleotide base specificity of P2X receptors (2017)
  • Author(s): Kasuya G, Fujiwara Y, Tsukamoto H, Morinaga S, Ryu S, Touhara K, Ishitani R, Furutani Y, Hattori M, Nureki O
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 7 Pages: 45208
  • DOI: doi: 10.1038/srep45208
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Crystal Structure of the Minimal Cas9 from Campylobacter jejuni Reveals the Molecular Diversity in the CRISPR-Cas9 Systems (2017)
  • Author(s): Yamada M, Watanabe Y, Gootenberg JS, Hirano H, Ran FA, Nakane T, Ishitani R, Zhang F, Nishimasu H, Nureki O
  • Journal Title: Mol Cell Volume: 65 Pages: 1109-1121
  • DOI: doi: 10.1016/j.molcel.2017.02.007
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research