細胞活性化時の生理機能変化を担う「分子レバレッジ機構」の解明

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 19H03661
• Research Institution: Tokai University
• Principal Investigator: 後藤 信哉 東海大学, 医学部, 教授 (50225653)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 血小板 / 膜糖蛋白 / GPIIb/IIIa / 活性化 / 分子動力学 / 高性能コンピューター

Outline of Annual Research Achievements

GPIIb/IIIaの細胞内・膜貫通・細胞外ドメインの連成モデルをXeon PhiおよびGPU 4基を実装した学内コンピューターに導入した。初期構造からエネルギー的安定構造探索を目指す計算を継続した。水分子を除く全ての原子の距離の2乗平均値（root mean square deviations: RMSDs）を構造安定の指標とした。
2021年度にはGPIIb/IIIaの細胞内・膜貫通・細胞外ドメインのRMSDと、GPIIIb/IIIaを構成するGPIIb、GPIIIa、両分子複合体の細胞外、膜貫通、細胞内ドメインのRMSDを計算した。全体のRMSDが収束した条件にて、GPIIIaの構造はRMSD 8オングストローム程度に収束したのち再度不安定化した。GPIIbは859のアミノ酸から構成されるheavy chainと、107のアミノ酸から構成されるlight chainからなる。特にlight chainの構造の不安定性が示唆された。
GPIIbの細胞内、膜貫通、細胞外の各ドメインに注目すると、細胞内ドメインはRMSD　 3オングストローム程度に収束した。膜貫通ドメインは細胞内ドメインよりは揺らぎが大きかった。しかし、4オングストローム程度に収束した。細胞外ドメインはheavy chain, light chainともにRMSDは8オングストローム程度に収束する傾向を呈したのちに10オングストローム変動し安定を確認できていない。エネルギー的安定構造の探索計算の継続により細胞内ドメインおよび膜貫通ドメインの安定構造は確定できた。しかし、細胞外ドメインの構造は不安定であり、不安定性は主にGPIIbの細胞外ドメインの構造によることが2021年度の研究により明らかになった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本研究ではGPIIbとGPIIIaの2つの膜糖蛋白が複合して血小板上のフィブリノーゲン、von Willebrand因子などの活性化依存性の接着を担う膜糖蛋白GPIIb/IIIaの細胞外ドメインの活性化構造変化を惹起する「分子レバレッジ」の解明を目指す。細胞外ドメインは結晶構造を適応した。しかし、膜貫通ドメイン、細胞内ドメインは任意に作成する必要があった。2021年までの計算によりGPIIb/IIIaの細胞内・膜貫通・細胞外ドメインの一体的計算により細胞内ドメインおよび膜貫通ドメインの構造の安定化を確認できた。細胞外ドメインは完全な安定に至っていないが、結晶構造と大きな差がないことを確認できた。
各ドメインの安定構造解析により、GPIIbの細胞外ドメインに構造の不安定性が集中していることがわかった。分子レバレッジにはGPIIb/IIIaの細胞外ドメインの役割が大きいことが示唆された。各ドメインの構造の安定性の定量評価であるRMSDの計算も着実に進行した。
GPIIb/IIIaの高次構造の動的解析には「京」、「富岳」などの学外コンピューターの使用が必須と当初想定されていた。しかし、GPUを実装した学内コンピューターにより、必ずしも学外コンピューターの使用は必要なくなった。GPIIb/IIIaのエネルギー的安定構造を確定したのちに細胞内ドメインを拘束することが当初の予定であった。GPIIbの細胞外ドメインの不安定性が明らかになったので、当初の予定通りに細胞内ドメインを拘束する研究と並行して初期構造からの構造計算も必須と考えている。研究は概ね順調に施行できているが、今後の結果に注視する必要がある。

Strategy for Future Research Activity

2021年までの研究により、GPIIb/IIIaの細胞内・膜貫通・細胞外ドメインの動的構造解析計算は順調に進んでいる。しかし、GPIIbの細胞外ドメインの構造の不安定性が確認されたため、当初の予定通りにGPIIb/IIIa全体のエネルギー的最安定構造自体が不安定である可能性がある。当初の予定通りに、細胞内ドメインを拘束し、細胞外ドメインの構造変化を計算する研究と並行して、初期構造からの計算も今後継続したいと考えている。研究開始当初よりも学内計算資源が充実したため、2方向の計算を並列的に施行することは可能と判断している。今後、途中経過として算出される構造の変化を注視し、計算資源の適切な配分を決めて行きたい。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ハーバード大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: ハーバード大学
• [Journal Article] Comparative effectiveness of oral anticoagulants in everyday practice: GARFIELD-AF registry. (2020)
  • Author(s): Camm AJ, Fox KAA, Virdone S, Bassand JP, Fitzmaurice DA, Berchuck SJ, Gersh BJ, Goldhaber SZ, Goto S, Haas S, Misselwitz F, Pieper KS, Turpie AGG, Verheugt FWA, Cappato R, Kakkar AJness of oral anticoagulants in everyday practice: GARFIELD-AF registry
  • Journal Title: Heart Volume: 107 Pages: 962-970
  • DOI: 10.1136/heartjnl-2020-318420
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The East Asian Paradox: An Updated Position Statement on the Challenges to the Current Antithrombotic Strategy in Patients with Cardiovascular Disease (2020)
  • Author(s): Kim HK, Tantry US, Smith SCJr, o Jeong MH, Park SJ, Kim MH, Lim DS, Shin ES, Park DW, Huo Y, Chen SL, Bo Z, Goto S, Kimura T, Yasuda S, Chen WJ, Chan M, Aradi D, Geisler T, Gorog DA, Sibbing D, Lip GYH, Angiolillo DJ, Gurbel PA, Jeong YH
  • Journal Title: Thromb Haemost, Volume: 6 Pages: 1416-1424
  • DOI: 10.1055/s-0040-1718729
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Do baseline characteristics and treatments account for geographical disparities in the outcomes of patients with newly diagnosed atrial fibrillation? The prospective GARFIELD-AF registry. (2020)
  • Author(s): Camm AJ, Cools F, Virdone S, Bassand JP, Fitzmaurice DA, Arthur Fox KA, Goldhaber SZ, Goto S, Haas S, Mantovani LG, Kayani G, Grierson Turpie AG, Antoon Verheugt FW, Kakkar AK
  • Journal Title: J Am Coll Cardiol, Volume: 76 Pages: 1425-1436
  • DOI: 10.1016/j.jacc.2020.07.045.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Variability of PT-INR Values Measured by Point of Care Devices of INRatio/INRatio2, CoaguChek XS and Standard Laboratory Method. -A cross-sectional study-, (2020)
  • Author(s): Komatsu C, Iseki H, Goto S, and Goto S
  • Journal Title: Arc Med Sch Volume: in press Pages: -
  • DOI: 10.5114/aoms.2020.99165
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] GARFIELD-AF: a worldwide prospective registry of patients with atrial fibrillation at risk of stroke (2020)
  • Author(s): Bassand J-P, Apenteng PN, Atar D, Camm AJ, Cools F, Corbalan R, Fitzmaurice DA, Fox KAA, Goto S, Haas S, Hacke W, Jerjes-Sanchez C, Koretsune Y, Heuzey J-YL, Sawhney JPS, Oh S, Cate Vt, Verheugt FWA, Kayani G, Pieper KS, Kakkar AK
  • Journal Title: Future Cardiology Volume: 17 Pages: 19-38
  • DOI: 10.2217/fca-2020-0014
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Outcomes Associated With Oral Anticoagulants Plus Antiplatelets in Patients With Newly Diagnosed Atrial Fibrillation (2020)
  • Author(s): Fox KAA, Velentgas, Camm AJ, Bassand JP, Fitzmaurice DA, Gersh BJ, Goldhaber SZ, Goto S, Haas S, Misselwitz F, Pieper KS, Turpie AGG, Verheugt FWA, Dabrowski E, Luo K, Gibbs L and Kakkar AK.
  • Journal Title: JAMA Network Open Volume: 3 Pages: e200107
  • DOI: 10.1001/jamanetworkopen
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Caffeinated Beverages Intake, Dyspnea with Ticagrelor and Cardiovascular Outcomes: Insights from PEGASUS-TIMI 54 trial (2020)
  • Author(s): Furtado RHM, Venkateswaran RV, Nicolau JC, Gurmu Y, Bhatt DL, Storey RF, Steg PG, Magnani G, Goto S, Dellborg M, Kamensky G, Isaza D, Aylward P, Johanson P, Bonaca MP.
  • Journal Title: J Am Heart Assoc, Volume: - Pages: e015785
  • DOI: 10.1161/JAHA.119.015785
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] No Significant Relationship Between Ticagrelor and Sleep Apnea in Large, Randomized, Blinded Trials (2020)
  • Author(s): Sabatine MS, Hiatt WR, Goto S, Johnston SC, Bonaca MP, Steg PG, Bhatt DL, Cannon CP, Andersson M, Wallentin L.
  • Journal Title: JACC Cardiovasc Interv. Volume: 13 Pages: 1012-1014.
  • DOI: 10.1016/j.jcin.2020.02.009, 2020
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Prior stroke and transient ischemic attack as risk factors for subsequent stroke in atrial fibrillationpatients: A report from the GARFIELD-AF registry. (2020)
  • Author(s): Hacke W, Bassand JP, Virdone S, Camm AJ, Fitzmaurice DA, Fox KA, Goldhaber SZ, Goto S, Haas S, Kayani G, Mantovani LG, Misselwitz F, Pieper KS, Turpie AG, van Eickels M, Verheugt FW, Kakkar AK
  • Journal Title: Int J Stroke Volume: 15 Pages: 308-317
  • DOI: 10.1177/1747493019891516
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Platelet Hyperactivity in Diabetes Mellitus -Are Platelets “Sticker?” (2020)
  • Author(s): Shinya Goto
  • Organizer: JCS 2020 Kyoto
• [Presentation] Exploring the Best Antiplatelet Regimen after PCI in East Asia and Globally (2020)
  • Author(s): Shinya Goto
  • Organizer: JCS 2020 Kyoto
• [Presentation] Discussion regarding “A Prospective, Randomized, Endpoint Study Exploring Platelet Response to Half-Dose Prasugrel and Ticagrelor in Patients with the ACS: HOPE-TAILOR Study (2020)
  • Author(s): Shinya Goto
  • Organizer: JCS 2020 Kyoto