RND型トランスポーターの結晶構造に基づく機能解析

2009 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19207009
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 村上 聡 Tokyo Institute of Technology, 大学院・生命理工学研究科, 教授 (30300966)
• Keywords: 多剤排出トランスポーター / 結晶化 / 構造解析 / 多剤耐性 / 薬剤耐性

Research Abstract

化学療法に立脚する現代医療現場での脅威の一つに薬剤耐性化問題が挙げられる。多くの抗生物質が効かなくなるこの現象の主因である多剤排出トランスポーターの立体構造決定、さらに基質結合型構造の決定による多基質認識およびその排出機構を解明した実績の上に立ち、多剤排出トランスポーター、とりわけグラム陰性菌の持つRND型トランスポーターの構造学的、蛋白質工学的、および生化学的研究を行い、排出機構解明に残された問題を解決し、同トランスポーターの構造に基づく詳細な機能解析と構造多様性の総合的解明を目的として研究を進めた。
多剤排出トランスポーターの中で最も構造と機能の解明が進んでいる大腸菌AcrBの構造に基づく機能解析を進め、本研究で扱うAcrBホモログの構造解析と生化学測定を照らし合わせて、トランスポーターの作動メカニズムと本来の生理的役割について研究を行った。これまでの研究で見いだした薬剤結合部位と、薬剤取り込み口の中間に存在する基質特異性を決定する領域"filter region"について詳細な解析を進めた結果、ホモログ(AcrD)とのキメラ解析に於いて、基質特性を改変させるにはFilter regionに存在する3残基のアミノ酸に対する部位特異的変位で十分であることが明らかとなった。この変位はいずれも荷電性に関わるもので、AcrBおよびAcrDそれぞれの荷電性基質認識を説明するのに矛盾がない。また、同様のメカニズムが動物細胞由来ABCG2蛋白にも見られ、薬剤排出トランスポーターの基質認識機構の一般的なドグマである可能性を示唆していた。また、これら基質特異性の異なるホモログの結晶解析も進行中である。また高濃度ゲル中での結晶化など新しい手法による膜タンパク質結晶化技術を開発し特許出願もした。今後これらの構造機能解析をさらに展開し、多剤耐性化の克服に資する情報として開示していきたい。

Research Products

• [Journal Article] Enhancement of femtodecond laser-induced nucleation of protein in a gel solution (043702) (2010)
  • Author(s): Ryota Murai, Hiroshi Y.Yoshikawa, Yoshinori Takahashi, Mihoko Maruyama, Shigeru Sugiyama, Gen Sazaki, Hiroaki Adachi, Kazufumi Takano, Hiroyoshi Matsumura, Satoshi Murakami, Tsuyoshi Inoue, Yusuke Mori.
  • Journal Title: Appl.Phys.Lett. 96 Pages: 1-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Femtosecond laser-induced nucleation of protein in agarose gel (2009)
  • Author(s): Hiroshi Y.Yoshikawa, Ryota Murai, Shigeru Sugiyama, Gen Sazaki, Tomoya Kitatani, Yoshinori Takahashi, Hiroaki Adachi, Hiroyoshi Matsumura, Satoshi Murakami, Tsuyoshi Inoue, Kazufumi Takano, Yusuke Mori.
  • Journal Title: J.Cryst.Growth 311 Pages: 956-959
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamic nature of disulfide bond formation catalysts revealed by crystal structures of DsbB. (2009)
  • Author(s): Keiji Inaba, Satoshi Murakami, Atsushi Nakagwa, Hiroka Iida, Mai Kinjo, Koreaki Ito, Mamoru Suzuki.
  • Journal Title: EMBO J. 28 Pages: 779-791
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Protein Crystallization in Agarose Gel with High Strength : Developing an Automated System for Protein Crystallographic Processes (075502) (2009)
  • Author(s): Shigeru Sugiyama, Kana Tanabe, Mika Hirose, Tomoya Kitatani, Hitoshi Hasenaka, Yoshinori Takahashi, Hiroaki Adachi, Kazufumi Takano, Satoshi Murakami, Yusuke Mori, Tsuyoshi Inoue, Hiroyoshi Matsumura.
  • Journal Title: Jpn.J.Appl.Phys. 48 Pages: 1-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 多剤耐性 Multi-drug resistance (2009)
  • Author(s): 村上聡
  • Journal Title: Medical Science Digest 35 Pages: 346-347
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Femtosecond laser Processing of Agarose Gel Surrounding Protein Crystals for Development of an Automated Crystal Capturing System(105502) (2009)
  • Author(s): Shigeru Sugiyama, Hitoshi Hasenaka, Mika Hirose, Noriko Shimizu, Tomoya Kitatani, Yoshinori Takahashi, Hiroaki Adachi, Kazufumi Takano, Satoshi Murakami, Tsuyoshi Inoue, Yusuke Mori, Hiroyoshi Matsumura
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. 48 Pages: 1-5
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Growth of Large Protein Crystals by Top-Seeded Solution Growth Together with the Floating and Soulution-Stirring Technique (2009)
  • Author(s): Noriko Shimizu, Shigeru Sugiyama, Mihoko Maruyama, Hiroshi Y.Yoshikawa, Yoshinori Takahashi, Hiroaki Adachi, Kazufumi Takano, Satoshi Murakami, Tsuyoshi Inoue Hiroyoshi Matsumura, Yusuke Mori.
  • Journal Title: Cryst.Growth Des. 9 Pages: 5227-5232
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Promotion of Crystal Nucleation of Protein by Semi-Solid Agarose Gel (125501) (2009)
  • Author(s): Kana Tanabe, Mika Hirose, Ryota Murai, Shigeru Sugiyama, Noriko Shimizu, Mihoko Maruyama, Yoshinori Takahashi, Hiroaki Adachi, Kazufumi Takano, Satoshi Murakami, Yusuke Mori, Eiichi Mizohata, Tsuyoshi Inoue, Hiroyoshi Matsumura.
  • Journal Title: Appl.Phys.Express 2 Pages: 1-3
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A Manipulating Tool for Protein Microcrystals in Solution Using Adhesive Materials (118001) (2009)
  • Author(s): Tomoya Kitatani, Hiroaki Adachi, Shigeru Sugiyama, Hiroyoshi Matsumura, Ryota Murai, Yoshinori Takahashi, Satoshi Murakami, Tsuyoshi Inoue, Yusuke Mori, Kazufumi Takano.
  • Journal Title: Jpn.J.Appl.Phys. 48 Pages: 1-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Femtosecond laser processing of protein crystals grown in agarose gel (2009)
  • Author(s): Hitoshi Hasenaka, Shigeru Sugiyama, Mika Hirose, Noriko Shimizu, Tomoya Kitatani, Yoshinori Takahashi, Hiroaki Adachi, Kazufumi Takano, Satoshi Murakami, Tsuyoshi Inoue, Yusuke Mori, Hiroyoshi Matsumura.
  • Journal Title: J.Cryst.Growth 312 Pages: 73-78
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 細菌の薬剤耐性化機構の結晶学的解析Mechanism of bacterial multi-drug resistance based on the crystal structure of efflux transporter (2010)
  • Author(s): 村上聡
  • Organizer: 第83回日本細菌学会総会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜)
  • Year and Date: 2010-03-28
• [Presentation] RND transporter, AcrB-The pumping mechanism (2010)
  • Author(s): Satoshi Murakami
  • Organizer: 3rd FEBS Special Meeting 『ATP-Binding Cassette Protein : Form Multidrug Resistance to Genetic Diseases』
  • Place of Presentation: Hotel Grauer Bar(オーストリア・インスブルック)
  • Year and Date: 2010-03-02
• [Presentation] Structure and Function of Multi-drug Transporter AcrB (2010)
  • Author(s): Satoshi Murakami
  • Organizer: 4th INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON RECENT TRENDS IN MACROMOLECULAR STRUCTURE AND FUNCTION
  • Place of Presentation: マドラス大学(インド・チェンナイ)
  • Year and Date: 2010-01-22
• [Presentation] Structure and Function of the Drug EffluxTransporter (2009)
  • Author(s): Satoshi Murakami
  • Organizer: 第一回台湾膜タンパク質・生物膜結晶と構造生物学シンポジウム
  • Place of Presentation: 国立台湾大学(台湾・台北)
  • Year and Date: 2009-12-10
• [Presentation] Multidrug Efflux Transporter -The Pumping Mechanism (2009)
  • Author(s): Satoshi Murakami
  • Organizer: Innovative Nanoscience of Supermolecular Motor Proteins Working in Biomembranes
  • Place of Presentation: 京都大学医学部 芝蘭会館(京都)
  • Year and Date: 2009-09-08
• [Presentation] Multidrug Efflux Transporter -The Pumping Mechanism (2009)
  • Author(s): Satoshi Murakami
  • Organizer: 1st International Multidisciplinary Workshop 『Membrane Biology Frontiers -Dynamics, Energy, Structure and Technology-』
  • Place of Presentation: Royal Myconian Hotel, Elia Beach, Mykonos, Greece(ギリシャ・ミコノス)
  • Year and Date: 2009-05-30
• [Patent(Industrial Property Rights)] 有機高分子結晶製造装置 (2009)
  • Inventor(s): 杉山成、安達宏昭、松村浩由、高野和文、村上聡、井上豪、森勇介、国宗範彰
  • Industrial Property Rights Holder: 株式会社クニムネ
  • Industrial Property Number: 特願2009-275465
  • Filing Date: 2009-12-03