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2009 Fiscal Year Annual Research Report

イオンチャネル詳細構造解明に向けた単粒子解析技術の開発と複合体の構造解明

Research Project

Project/Area Number 20051028
Research InstitutionNational Institute of Advanced Industrial Science and Technology

Principal Investigator

三尾 和弘  National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, バイオメディシナル情報研究センター, 主任研究員 (40470041)

Keywordsタンパク質 / 3次元構造 / 電子顕微鏡 / イオンチャネル / 画像情報処理 / 単粒子構造解析
Research Abstract

イオンチャネルやトランスポーター等の膜タンパク質の構造情報を得ることは、神経伝達や筋収縮、心拍のペースメーキング等に関する機構を理解し、関連疾病に対する画期的新薬を開発する上で不可欠である。我々は難結晶性タンパク質の構造解明に向けて、精製タンパク質の電子顕微鏡画像から情報学的に3次元構造を再構築する単粒子解析法の技術開発と構造解析を推進してきた。
単粒子解析法を用いて、Ca^<2+>放出活性化Ca^<2+>(CRAC)チャネルの本体として近年同定されたOrai1陽イオンチャネルの構造解析を行った。動物細胞発現系を用いてOrai1タンパク質を発現・精製し、生化学検討から生理機能単位が四量体であることを突き止めた。電顕画像を元に三次元構造を21Å分解能で再構成し、高さ150Å、幅95Åの水滴形構造を持ち、小胞体膜上でCa^<2+>枯渇を感受するSTIM1と相互作用可能な細長い細胞質ドメインが示された。更に、細胞内で酸化ストレスセンサーとして働くKeap-1の構造解析を行い、サクランボ形の2つの房にβ・プロペラの数Å径の穴に相当する小さな貫通部分が見出された。周囲に存在するSH基で酸化ストレスを感知する機構が推察された。
またタンパク質構造解析にもとづく薬物の作用機序解明も重要である。我々は喘息治療薬として開発が進められていたピラゾール化合物をリードにTRPC3チャネルを特異的に抑制する誘導体を見出し、その作用機序を電子顕微鏡を用いて検討した。光架橋と金粒子ラベルを組み合わせてTRPC3に結合したピラゾール誘導体を観察することで、単分子レベルでの薬物結合の可視化に成功し、細胞膜直下部を標的としていることを証明した。

  • Research Products

    (17 results)

All 2010 2009

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (8 results)

  • [Journal Article] Single particle reconstruction of membrane proteins : A tool for understanding the 3D structure of disease-related macromolecules.2010

    • Author(s)
      Mio, K.
    • Journal Title

      Prog.Biophys.Mol.Biol. (印刷中)

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Keapl is a forked-stem dimer structure with two large spheres enclosing the intervening, double glycine repeat, and C-terminal domains.2010

    • Author(s)
      Ogura, T.
    • Journal Title

      Proc.Natl.Acad.Sci.USA 107

      Pages: 2842-2847

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Atmospheric scanning electron microscope observes cells and tissues in open medium through silicon nitride film.2010

    • Author(s)
      Nishiyama, H.
    • Journal Title

      J Struct.Biol. 169

      Pages: 438-449

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] The Baseplate Wedges of Bacteriophage T4 Spontaneously Assembleinto Hubless Baseplate-like Structure In Vitro.2010

    • Author(s)
      Yap, ML.
    • Journal Title

      J.Mol.Biol. 395

      Pages: 349-360

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Selective and direct inhibition of TRPC3 channels underlies biological activities of a pyrazole compound.2009

    • Author(s)
      Kiyonaka, S.
    • Journal Title

      Proc.Natl.Acad.Sci.USA 106

      Pages: 5400-5405

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Tetrameric Orail is a teardrop-shaped molecule with a long, tapered cytoplasmic domain.2009

    • Author(s)
      Maruyama, Y.
    • Journal Title

      J.Biol.Chem. 284

      Pages: 13676-13685

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 結晶を用いない電子顕微鏡画像からの3次元構造決定:単粒子解析法2009

    • Author(s)
      三尾和弘
    • Journal Title

      化学と生物 47

      Pages: 711-717

  • [Journal Article] 単粒子解析法によるセンサーチャネルタンパク質の解析2009

    • Author(s)
      三尾和弘
    • Journal Title

      日本結晶学会誌 51

      Pages: 71-72

  • [Journal Article] 単粒子解析法による膜タンパク質の電子顕微鏡構造解析-酸化ストレス感受や聴覚増幅などに働くセンサー分子を例として-2009

    • Author(s)
      三尾和弘
    • Journal Title

      生物物理 49

      Pages: 143-146

  • [Presentation] CFTRチャネルの単粒子構造解析2009

    • Author(s)
      三尾和弘
    • Organizer
      第47回日本生物物理学会年会
    • Place of Presentation
      徳島
    • Year and Date
      2009-10-31
  • [Presentation] Three-dimensional structures of ion channels revealed by electron microscopy : sodium, TRP, CFTR and Orail channels2009

    • Author(s)
      佐藤主税
    • Organizer
      Neuroscience 2009
    • Place of Presentation
      シカゴ
    • Year and Date
      2009-10-21
  • [Presentation] Single particle analysis of ion channels and the sensor molecules2009

    • Author(s)
      三尾和弘
    • Organizer
      12th International Symposium on Molecular Medicine
    • Place of Presentation
      ギリシャ,ルートラキ
    • Year and Date
      2009-10-15
  • [Presentation] Electron microscopy as a tool for determining protein 3D structure related to channel diseases and metastasis2009

    • Author(s)
      佐藤主税
    • Organizer
      12th International Symposium on Molecular Medicine
    • Place of Presentation
      ギリシャ,ルートラキ
    • Year and Date
      2009-10-15
  • [Presentation] Reconstruction of the P2X2 receptor revealed a vase-shaped structure with lateral tunnels above the membrane2009

    • Author(s)
      三尾和弘
    • Organizer
      39th International Union of Physiological Sciences (IUPS)
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2009-07-30
  • [Presentation] Orailチャネル三次元構造の解明2009

    • Author(s)
      丸山雄介
    • Organizer
      第5回TRPチャネル研究会
    • Place of Presentation
      岡崎
    • Year and Date
      2009-06-05
  • [Presentation] センサータンパク質TRPチャネル群の単粒子構造解析2009

    • Author(s)
      三尾和弘
    • Organizer
      日本顕微鏡学会第65回学術講演会
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2009-05-27
  • [Presentation] 雷子顕微鏡による膜蛋白質やその複合体等の構造解析2009

    • Author(s)
      佐藤主税
    • Organizer
      日本顕微鏡学会第65回学術講演会
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2009-05-27

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Published: 2011-06-16   Modified: 2016-04-21  

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