2019 Fiscal Year Annual Research Report
Regulation mechanisms of receptor activity by glycolipids as revealed by high-resolution single-molecule imaging
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18H02401
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| Research Institution | Gifu University |
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Principal Investigator |
鈴木 健一 岐阜大学, 研究推進・社会連携機構, 教授 (50423059)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 糖脂質 / GPIアンカー型タンパク質 / 細胞膜ドメイン / ラフト / １分子観察 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生細胞の形質膜上で、ラフト親和性のガングリオシド（糖脂質）やGPIアンカー型受容体を高精度１分子観察した結果に基づき、我々は新しいラフト仮説を次のように提案した。GPIアンカー型受容体やガングリオシドは、特異的相互作用でホモダイマーを形成し、ラフトの最小単位（基本ユニット）となる。GPIアンカー型受容体基本ユニットは、刺激後に脂質の協同的相互作用によって、安定な会合体ラフトを形成し、シグナル変換のプラットフォームとなる。糖脂質の基本ユニットは、膜受容体の活性制御を行なう。
前年度までに、GPIアンカー型受容体やガングリオシドのホモダイマー形成に一般性があることを見出した。また、ガングリオシドのどの糖鎖もホモダイマー形成に重要であることが示唆された。また、GM3との相互作用やEGF受容体ダイマー形成の制御に重要なEGF受容体のN型糖鎖を同定することができた。
当該年度は、さらにこれらを検証するために、糖脂質の光学異性体の安定なダイマーが形成されるかを検証した。しかし、光学異性体間でできたダイマーの寿命は著しく短く、特異的糖鎖相互作用が重要であることが示された。さらに、全原子シミュレーションによって、光学異性体である糖鎖同士のダイマーが水中で不安定であることを検証できた。また、糖脂質の糖鎖の一部である二糖を細胞膜や人工膜に加えると、糖脂質ダイマーの寿命は著しく短くなった。この結果は、特異的糖鎖相互作用が、糖脂質のダイマー形成に必須だということを強く示している。これらの結果は、我々の新ラフト仮説を強く支持している。
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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
GPIアンカー型受容体や糖脂質のホモダイマーの一般性を検証するのが、本研究の最初の目標であった。GPIアンカー型受容体や糖脂質の多種類の分子についてホモダイマー形成を確認でき、目標を達成できた。また、蛍光プローブの種類や糖鎖への結合位置の違いによって、糖脂質プローブのダイマー寿命に違いが見られないことも確かめてられた。また、糖脂質のどの糖鎖の官能基がダイマー形成に重要かも同定することができた。糖脂質の場合、ホモダイマーだけでなく、密度が高くなるとホモオリゴマーを形成することや、糖脂質の種類によってはヘテロダイマーも形成しうることも発見した。糖脂質の糖鎖を構成するニ糖を添加すると、その糖脂質ダイマー形成が阻害されることや、光学異性体同士のダイマーが形成されないことなどから、特異的糖鎖間相互作用が糖脂質ダイマー形成に必須であることも明らかになった。このように様々な別々の実験から詳細な検証を進めることができている。
また、EGF受容体の細胞外ドメインのどのN型糖鎖がGM3との相互作用に必須であるかを同定することにも成功した。また、EGF受容体のN型糖鎖とGM3との相互作用が、EGF刺激後の受容体のダイマー形成や活性化制御にも重要であることが明らかとなった。これまでのところ、当初の実験計画通りに進んでおり、順当だと言える。今後のさらなる研究により、糖鎖相互作用や協同的なラフト相互作用の理解が急速に進むかもしれない。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、糖脂質のホモダイマー形成機構のさらなる詳細を解明し、糖脂質ホモダイマーによるEGF受容体活性化制御機構を解明していく。GM3やEGF受容体中の電荷を変えても、両者の相互作用期間を有意に変化させなかった。また、GM3糖鎖の先端の二糖を細胞膜に加えると、EGF受容体とGM3の共局在期間が著しく短くなった。これらの結果は、GM3とEGF受容体との静電的相互作用がGM3とEGF受容体との相互作用の駆動力とはなっておらず、より特異的な糖鎖間相互作用が駆動力であることを示している。この実験結果を受けて、さらにEGF受容体とGM3の相互作用で同定したEGF受容体N型糖鎖の中のどの部分がGM3糖鎖との相互作用に必須であるかを探っていく。
GM3との相互作用に必須であるEGF受容体のN型糖鎖の中で重要な部分を明らかにした後、分子動力学シミュレーションを行っていく。これにより、GM3ホモダイマーの糖鎖とEGF受容体のN型糖鎖との相互作用の詳細を明らかにしていく。
また、EGF受容体以外のチロシンキナーゼ型受容体でも、ガングリオシドによる同様な活性制御が行われているかどうかを、同様な1分子イメージングの手法を用いて検証していく。例えば、EGF受容体と同様に、PDGF受容体はガングリオシドにより活性抑制されていると報告されている。今後は、ガングリオシドによるチロシンキナーゼ型受容体活性制御機構の普遍性を探っていく。
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Research Products
(16 results)
