2019 Fiscal Year Research-status Report
Structure-guided functional analysis of membrane proteins for human iron absorption using living cells
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18K05321
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
澤井 仁美 兵庫県立大学, 生命理学研究科, 助教 (50584851)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 鉄代謝 / 鉄イオンの吸収 / 膜タンパク質 / 金属トランスポーター / 構造機能解析 / 鉄還元酵素 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
生体内の鉄は、酸素の運搬貯蔵・エネルギー生産・遺伝子など重要物質の合成・毒素の分解などの重要な生理機能を担うため、すべての生物が生きていくために必須の金属元素である。ヒトは、生命維持に必要な鉄を日々の食餌から摂取しないといけない。一方で、鉄は活性酸素種の産生源にもなるため、過剰な摂取は組織や細胞に障害を与えてしまう。また、ヒトは生体内の鉄の排出を制御する機能を備えていないため、体内の鉄濃度は鉄の吸収により制御されている。したがって、鉄の吸収調節の分子機構を詳細に調べることにより、鉄栄養素の効率的で安全な摂取方法の開発や鉄代謝異常による疾病の理解を導くことができる。我々はこれまでに、ヒトの十二指腸粘膜上皮細胞に局在し鉄イオンの吸収に関わる膜貫通型鉄還元酵素Dcytbの立体構造を決定し、その構造から腸管腔側に金属イオンとアスコルビン酸が協調的に結合することを見出した。このような背景を踏まえ、本研究では、ヒト由来鉄還元酵素Dcytbの立体構造を基盤とし、生きた細胞による機能解析によりヒトが食餌から獲得した鉄イオンの吸収機構を分子論的に解明することを目的とした。
2019年度は、ヒト腸管モデル細胞を用いた機能解析系を構築するとともに、同細胞においてDcytbが還元した鉄イオンを細胞内へ輸送する二価金属トランスポーターDMT1の強制発現も可能した。この機能解析系に、ヒト由来Dcytbの立体構造から推定した機能的に重要なアミノ酸残基の部位特異的変異体を発現させ、鉄イオンの取り込みを検討した。さらに、本機能解析系に様々な鉄キレーター化合物を加え、鉄イオンの取り込みを促進または低下させる化合物の探索を行う方法も検討中である。今後は、鉄イオンの取り込みに影響を与える化合物を見出すとともに、その化合物がDcytbにどのように作用するのかを構造解析により原子レベルの分解能で解明する。
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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
申請時の計画通り、ヒト腸管モデル細胞を用いた鉄イオンの取り込み機能解析系を構築した。また、鉄イオンの取り込みを担う鉄還元酵素Dcytbと二価金属トランスポーターDMT1を強制発現させる方法も確立できた。さらに、Dcytbについては立体構造から鉄イオンの結合ならびに電子伝達に必要と考えられるアミノ酸残基の部位特異的変異体を発現させられるようになった。これを用いて、ヒトDcytbの立体構造から推察された構造機能相関を生きた細胞を用いて検証できるようになった。これにより、今後、鉄イオンの吸収効率を向上または低下させる化合物を探索する準備が整った。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでに確立したヒト腸管モデル細胞を鉄イオンの取り込み機能解析系を用いて、鉄イオンの吸収効率を向上または低下させる化合物を探索するためには、取り込まれた鉄イオンの検出の定量性を高める必要がある。これまでに細胞内に取り込まれた鉄イオンの検出は、Fe2+に特異的に結合する蛍光プローブを用いて行っていたが、今後は呈色キレーターや安定同位体を用いて定量する方法に切りかえる。さらに、鉄イオンの吸収効率に影響を与える化合物とDcytbの相互作用を物理化学的手法や構造生物学的手法により詳細に解明する。
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