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

2021 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 / 分子動力学計算

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] Contributing Role of Mitochondrial Energy Metabolism on Platelet Adhesion, Activation and Thrombus Formation under Blood Flow Conditions. Platelet, (2022)
  • Author(s): Tamura N, Goto S, Yokota H, and Goto S
  • Journal Title: Platelet Volume: in press Pages: -
  • DOI: 10.1080/09537104.2022.2046722
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Long-term safety and efficacy of anacetrapib in patients with atherosclerotic vascular disease (2022)
  • Author(s): Sammons E, Hopewell JC, Chen F, Stevens W, Wallendszus K, Goodenough R, Lay M, Hill M, Macdonnell S, Fabbri G, Lucci D, Fajardo-Moser M, Brenner S, Hao D, Zhang H, Liu J, Wuhan B, Mosegaard S, Herrington W, Wanner C,Ertl G, Maggioni A, Barter P, Mihaylova B, Mitchel Y, Blaustein R, Goto S,
  • Journal Title: European Heart Journal. Volume: 6 Pages: 1416-1424
  • DOI: 10.1093/eurheartj/ehab863
  • 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 (2022)
  • Author(s): KAA, Virdone S, Bassand JP, Camm AJ, Goto S, Goldhaber SZ, Haas S, Kayani G, Koretsune Y, Misselwitz F, Oh S, Piccini JP, Parkhomenko A, Sawhney JPS, Stepinska J, Turpie AGG, Verheugt FWA, Kakkar AK
  • Journal Title: BMJ Open Volume: 12 Pages: e049933
  • DOI: 10.1093/eurheartj/ehab863
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] GARFIELD-AF risk score for mortality, stroke and bleeding within 2 years in patients with atrial fibrillation (2022)
  • Author(s): ox KAA, Virdone S, Pieper KS, Bassand JP, Camm AJ, Fitzmaurice DA, Goldhaber SZ, Goto S, Haas S, Kayani G, Oto A, Misselwitz F, Piccini JP, Dalgaard F, Turpie AGG, Verheugt FW, Kakkar AK
  • Journal Title: European Heart Journal - Quality of Care and Clinical Outcomes Volume: 8 Pages: 214-227.
  • DOI: 10.1093/ehjqcco/qcab02
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Important Regulatory Roles of Erythrocytes on Platelet Adhesion to the von Willebrand Factor on the Wall Under Blood Flow Conditions. (2021)
  • Author(s): Tamura N, Shimizu K, Shiozaki S, Sugiyama K, Nakayama M, Goto S, Takagi S, Goto S.
  • Journal Title: Thromb Haemost Volume: in press Pages: -
  • DOI: 10.1055/a-1677-9499
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Influence of Body Mass Index on Clinical Outcomes in Venous Thromboembolism: Insights from GARFIELD-VTE (2021)
  • Author(s): Weitz JI, Farjat AE, Ageno W, Turpie AG, Haas S, Goto S, Goldhaber SG, Angchaisuksiri P, Gibbs H, MacCallum P, Carrier M, Kayani G, Schellong S, Bounameaux H, Mantovani LG, Prandoni P, Kakkar AK
  • Journal Title: J Thrombi Haemost Volume: 19 Pages: 3031-3043
  • DOI: 10.1111/jth.15520
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Generalizability of the REDUCE-IT trial and cardiovascular outcomes associated with hypertriglyceridemia among patients potentially eligible for icosapent ethyl therapy: An analysis of the REduction of Atherothrombosis for Continued Health (REACH) registry. (2021)
  • Author(s): Picard F, Bhatt DL, Ducrocq G, Ohman EM, Goto S, Eagle KA, Wilson PWF, Smith SC Jr, Elbez Y, Steg PG
  • Journal Title: Int J Cardiol. Volume: 340 Pages: 96-104
  • DOI: 10.1016/j.ijcard.2021.08.031
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Reexamination of the Embolic Stroke of Undetermined Source Concept (2021)
  • Author(s): Albers GW, Bernstein R, Brachmann J, Camm AJ, Fromm P, Goto S, Granger CB, Hohnloser SH, Hylek E, Krieger D, Passman R, Pines JM, Kowey P
  • Journal Title: Stroke Volume: 52 Pages: 2715-2722
  • DOI: 10.1161/STROKEAHA.121.035208.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Risks associated with discontinuation of oral anticoagulation in newly diagnosed patients with atrial fibrillation: Results from the GARFIELD-AF Registry (2021)
  • Author(s): Cools F, Johnson D, Camm AJ, Bassand J-P, Verheugt FWA, Yang S, Tsiatis A, Fitzmaurice DA, Goldhaber SZ, Kayani G, Goto S, Haas S, Misselwitz F, Turpie AGG, Fox KAA, Pieper KS, Kakkar AK
  • Journal Title: J thromb Haemost Volume: 19 Pages: 2322-2334
  • DOI: 10.1111/jth.15415. Epub 2021 Jul 23.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The influence of anemia on clinical outcomes in venous thromboembolism: Results from GARFIELD-VTE (2021)
  • Author(s): Goto S, Turpie AGG, Farjat AE, Weitz JI, Haas S, Ageno W, Goldhaber SZ, Angchaisuksiri P, Kayani G, MacCallum P, Schellong S, Bounameaux H, Mantovani LG, Prandoni P and Kakkar AK
  • Journal Title: Thromb Res Volume: 203 Pages: 155-162
  • DOI: 10.1016/j.thromres.2021.05.007.
• [Journal Article] Bleeding and related mortality with NOACs and VKAs in newly diagnosed atrial fibrillation (2021)
  • Author(s): Bassand J-P, Virdone S, Badoz M, Verheugt FWA, Camm AJ, Cools F, Fox KAA, Goldhaber SZ, Goto S, Haas S, Hacke W, Kayani G, Misselwitz F, Pieper KS, Turpie AGG, van Eickels M and Kakkar AK
  • Journal Title: Blood Advances. Volume: 5 Pages: 1081-1091
  • DOI: 10.1182/bloodadvances.2020003560.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Computer Simulation of Platelet Adhesion around Stent Struts in the Presence and Absence of Tissue Defects around Them (2021)
  • Author(s): Kawamura Y, Tamura N, Goto S, and Goto S
  • Journal Title: J Intervent Cardiol Volume: - Pages: 8880988.
  • DOI: 10.1155/2021/8880988
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Venous thromboembolism in Asia and worldwide: Emerging insights from GARFIELD-VTE (2021)
  • Author(s): Angchaisuksiri P, Goto S, Farjat AE, Fryk H, Bang S-M, Chiang C-E, Jing Z-C, Kondo K, Sathar J and Tse E
  • Journal Title: Thromb Res Volume: 201 Pages: 63-72.
  • DOI: 10.1016/j.thromres.2021.02.024.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Pregnancy-Associated Venous Thromboembolism: Insights from GARFIELD-VTE. (2021)
  • Author(s): Jerjes-Sanchez C, Rodriguez D, Farjat AE, Kayani G, MacCallum P, Lopes RD, Turpie AGG, Weitz JI, Haas S, Ageno W, Goto S, Goldhaber SZ, Angchaisuksiri P, Nielsen JD, Schellong S, Bounameaux H, Mantovani LG, Prandoni P, Kakkar AK
  • Journal Title: TH-open Volume: 5 Pages: e24-e34
  • DOI: 10.1055/s-0040-1722611.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Apixaban Versus Warfarin in Patients With Atrial Fibrillation and Left Ventricular Hypertrophy: Insights From the ARISTOTLE Trial (2021)
  • Author(s): Al-Khatib SM, Mulder H, Wojdyla D, Lopes RD, Wallentin L, Alexander JH, Hijazi Z, Goto S, Granger CB
  • Journal Title: Circ Arrhythm Electrophysiol Volume: 14 Pages: e009614
  • DOI: 10.1161/CIRCEP.120.009614
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] New cardiovascular prevention guidelines: How to optimally manage dyslipidaemia and cardiovascular risk in 2021 in patients needing secondary prevention? (2021)
  • Author(s): Atar D, Jukema JW, Molemans B, Taub PR, Goto S, Mach F, CerezoOlmos C, Underberg J, Keech A, Tokglu L and Bonaca MP
  • Journal Title: Atherosclerosis Volume: 319 Pages: 51-61
  • DOI: 10.1016/j.atherosclerosis.2020.12.013
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Comparative effectiveness of oral anticoagulants in everyday practice (2021)
  • Author(s): Camm AJ, Fox KA, Virdone S, Bassand J-P, Fitzmaurice DA, Berchuck SI, Gersh BJ, Goldhaber SZ, Goto S and Haas S
  • Journal Title: Heart Volume: 107 Pages: 962-970.
  • DOI: 10.1136/heartjnl-2020-318420
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Provoked versus unprovoked venous thromboembolism: Findings from GARFIELD‐VTE (2021)
  • Author(s): Ageno W, Farjat A, Haas S, Weitz JI, Goldhaber SZ, Turpie AG, Goto S, Angchaisuksiri P, Dalsgaard Nielsen J and Kayani G
  • Journal Title: Research and Practice in Thrombosis and Haemostasis Volume: 5 Pages: 326-341
  • DOI: 10.1002/rth2.12482
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Medical Therapy after ISCHEMIA trial (2022)
  • Author(s): 後藤信哉
  • Organizer: 第68回日本循環器学会
• [Presentation] 心房細動における血栓塞栓の発症機序と危険因子 (2022)
  • Author(s): 後藤信哉
  • Organizer: 第68回日本循環器学会
• [Presentation] Do we have to care about "specific" antiplatelet drug after DAPT period? (2022)
  • Author(s): 後藤信哉
  • Organizer: 第68回日本循環器学会
• [Presentation] The Effect Of CSL112 (Apolipoprotein A-I [Human]) On Cholesterol Efflux Capacity: A Cross-Study Comparison (2021)
  • Author(s): Bo Zheng, Shinya Goto, Regina Clementi, John Feaster, Danielle Duffy, Penelope Dalitz, Jolanta Airey, John Roberts1 Serge Korjian, C. Michael Gibson
  • Organizer: ACC2022
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 循環器内科における高性能コンピューターの利用 (2021)
  • Author(s): 後藤信哉
  • Organizer: 第３７回 日本臨床化学会関東支部例会プログラム
  • Invited
• [Presentation] Artificial intelligence (AI) to detect non-ischemic cardiomyopathy (2021)
  • Author(s): Shinya Goto
  • Organizer: APSTH2021
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 新しい抗血栓薬 (2021)
  • Author(s): 後藤信哉
  • Organizer: 第53回日本動脈硬化学会
  • Invited
• [Book] New Insights Into Metabolic Syndrome (2021)
  • Author(s): Shinya Goto: Editor Takada A.
  • Total Pages: 230
  • Publisher: IntechOpen
  • ISBN: 978-1-83968-456-2
• [Patent(Industrial Property Rights)] フォンヴィルブランド因子と血小板との結合を阻害するための医薬組成物 (2021)
  • Inventor(s): 後藤信哉、平山令明、中山正光、後藤信一
  • Industrial Property Rights Holder: 学校法人東海大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2021-191728
• [Patent(Industrial Property Rights)] 予測システム、予測装置、および予測プログラム (2021)
  • Inventor(s): 坂野哲平、後藤信哉、後藤信一、中山正光
  • Industrial Property Rights Holder: 株式会社アルム、学校法人東海大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2021-075064