2021 Fiscal Year Annual Research Report
Reverse structural biology of conformational dynamics and signal transduction mechanisms of taste receptors
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20H03195
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| Research Institution | Okayama University |
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Principal Investigator |
山下 敦子 岡山大学, 医歯薬学域, 教授 (10321738)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
日下部 裕子 国立研究開発法人農業・食品産業技術総合研究機構, 食品研究部門, グループ長補佐 (90353937)
清中 茂樹 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (90422980)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 味覚受容体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで味覚受容体T1rについては、唯一メダカT1r2a/T1r3リガンド結合ドメインのみが組換え試料調製を達成できており、タンパク質レベルでの構造・機能解析系が確立されていたが、別種のT1rのリガンド結合ドメインについて、新たにタンパク質レベルでの構造・機能解析系の構築を達成した。
また、メダカ味覚受容体T1r2a/T1r3リガンド結合ドメインへの結合を明らかにしていた各種物質について、蛍光共鳴エネルギー移動法を用いたリガンド結合ドメイン構造変化誘起能の解析を行った。まず、結晶構造解析において結合が見られていた塩化物イオンが、T1r2a/T1r3リガンド結合ドメインに結合を示し、誘起するアミノ酸と同等の構造変化を引き起こすことを明らかにした。また、昨年度に結合状態構造を明らかにした、受容体応答を誘起しないアミノ酸については、応答を誘起するアミノ酸と同等の構造変化を引き起こすことを確認し、構造変化誘起能と受容体活性化能が必ずしも相関しない例があることを見出した。
さらに、示差走査蛍光測定により、メダカT1r2a/T1r3リガンド結合ドメインに結合するリガンドスクリーニングを実施した。その結果、各種アミノ酸誘導体が、親和性が弱いながらも受容体タンパク質に結合することを示唆する結果を得た。また、これまで同タンパク質への結合が知られていたアミノ酸とは全く異なる化学構造を持つ新たなリガンドを見出した。
金属錯体配位による味覚受容体コンフォメーション捕捉を目指し、同受容体と類似した作動機構を示す一方、より試料調製が容易なモデルタンパク質を用いて、金属錯体の化学構造と受容体への作用との関係を解析した。
加えて、昨年度新たに見出したT1r2に結合するアンタゴニストについて、シミュレーションによる結合部位と作用機序の解析を行った。
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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
本課題の目標は、コンフォメーションが異なる複数の構造状態を捉え、そこから受容体によるシグナル伝達メカニズムを解明することにある。これまでメダカT1r2a/T1r3リガンド結合ドメインについては、応答を誘起するリガンドであるアミノ酸結合状態の１種類のコンフォメーションしか解析できていなかった。また、昨年度の解析から、リガンド非結合状態では、同タンパク質が極めて多様なコンフォメーションを取ることも明らかにしていた。一方、今年度、アミノ酸誘導体や、アミノ酸とは全く異なる化学構造を持つ化合物などの新たなリガンドを見出すことができた。これらリガンドが結合した状態で受容体のコンフォメーションを安定化させ立体構造解析を行うことで、これまで得られていなかったコンフォメーションを捉えることができることが期待できる。さらに、メダカT1r2a/T1r3リガンド結合ドメインとは異なる遺伝子種のT1rリガンド結合ドメインの構造・機能解析系の構築を達成できたことから、このT1rについて新たなコンフォメーションが捕捉できる可能性も期待できる。
以上から、新たな知見が得られ目標の達成に向け研究が進展していることから、本課題はおむね順調に進捗していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度に見出した新たなリガンドについて、メダカT1r2a/T1r3全長受容体応答に対する作用を解析する。さらに、結合状態でのリガンド結合ドメイン構造解析を行い、受容体への作用と同タンパク質のコンフォメーションとの関係性を明らかにする。加えて、応答を引き起こさないアミノ酸について、さらに詳細な作用解析を行い、受容体コンフォメーションと受容体活性化との関係性を明らかにする。新たに構造・機能解析系を構築できたT1rについて、各種リガンドの作用解析と結合状態でのリガンド結合ドメインの構造解析を行い、コンフォメーションと受容体応答の関係性への理解を深める。さらに、金属錯体配位状態のモデル受容体タンパク質について、構造解析に進める。また、T1r2結合アンタゴニストについて、種差による作用の違いにも着目し、作用機序を解析する。これらの解析から得られる知見を蓄積・統合することで、味覚受容体シグナル伝達機構解明を目指す。
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