2021 Fiscal Year Research-status Report
Design of beta-barrel type transmembrane protein complex by combination of computational and experimental studies
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19KK0178
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
田中 良和 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (20374225)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
山下 恵太郎 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 客員共同研究員 (20721690) [Withdrawn]
松浦 友亮 大阪大学, 工学研究科, 招へい教授 (50362653)
喜多 俊介 北海道大学, 薬学研究院, 助教 (10702003)
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| Project Period (FY) |
2019-10-07 – 2023-03-31
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| Keywords | 膜孔形成タンパク質 / デザイン / 単粒子解析 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
膜孔形成毒素は標的細胞の細胞膜に膜孔を形成する。膜孔は原子レベルで正確なナノメートルオーダーの孔（ナノポア）であり、これを利用した分子センサーが開発されている。更なる分子センサーの開発のために、目的に応じたサイズ・形状のナノポアを自在に作成できる技術が必要となる。本研究では、実験と計算科学を併用して膜孔のデザインを実現し、任意の分子特性のナノポアを作り出すことを目指す。本研究では黄色ブドウ球菌の膜孔形成毒素に着目して分子デザインを実施する。黄色ブドウ球菌の膜孔形成毒素は、2種類に分類される。1つはホモ7量体の膜孔を形成するアルファヘモリジン、もう一方は、2種類の異なるポリペプチド（LukF、Hlg2）が4分子ずつ会合してヘテロ8量体の膜孔を形成するガンマヘモリジンである。前年度までの研究において、アルファヘモリジンとガンマヘモリジンの立体構造情報に基づき、10種類以上のキメラタンパク質を設計・調製し、その分子特性を評価した。その結果、AFキメラのいくつかでは強い溶血活性が確認され、一方で、AG変異体はいずれも活性がなかった。そこで2021年度は、これらのキメラ変異体の立体構造を電子顕微鏡単粒子解析により解析し、溶血活性の有無と立体構造の相関について調査した。強い溶血活性を示すAF変異体についてはアルファヘモリジンと類似した7量体の構造を形成していることがわかった。また、溶血活性を示さないAG変異体については、AF変異体と同様に7量体を形成するものの、膜貫通領域が短いことがわかり、これが溶血活性を示さない原因であると推察された。
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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
意図した分子が設計されていることを電顕単粒子解析により明らかにできており、予定通りの進捗といえる。また、活性と構造の相関についての知見など、今後につながる有用な情報も得られており、最終年度の研究にむけた準備を整えることができたため、順調に進展していると考えた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度までの研究により、活性の有無に関わらず、AF変異体もAG変異体も7量体として会合することができることはわかった。今後はこれらの変異体が会合した場合のシナジー効果についての詳細な知見を得ることを目指す。これにより、二成分性が会合する原理についての詳細が明らかにできると期待する。
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| Causes of Carryover |
コロナウイルス感染拡大により当該年度に海外での研究活動ができなくなり、次年度に実施する必要が出たため。
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Research Products
(21 results)
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[Presentation] 脂質抗原提示分子CD1dの熱安定性解析2021
Author(s)
秋田穂, 日下裕規, TIAN Cong, 田所高志, 井貫晋輔, 新山真由美, 杉山成, 村田道雄, 藤本ゆかり, 喜多俊介, 前仲勝実
Organizer
第 44 回日本分子生物学会年会（MBSJ2021）
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[Presentation] MHC classI様分子CD1dとアミド型α-GarCer複合体のX線結晶構造解析2021
Author(s)
秋田穂, 日下裕規, 田聡, 田所高志, 井貫晋輔, 新山真由美, 杉山成, 村田道雄, 藤本ゆかり, 喜多俊介, 前仲勝実
Organizer
令和３年（2021年）度日本結晶学会年会
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