2022 Fiscal Year Annual Research Report
Study for the mechanism of functional expression and dysfunction of membrane proteins through direct observations of single molecular fluctuation
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20K07279
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| Research Institution | International University of Health and Welfare |
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Principal Investigator |
相馬 義郎 国際医療福祉大学, 薬学部, 教授 (60268183)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内橋 貴之 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (30326300)
古田 忠臣 東京工業大学, 生命理工学院, 助教 (10431834)
中川 大 中部大学, 応用生物学部, 准教授 (40397039)
岩本 真幸 福井大学, 学術研究院医学系部門, 教授 (40452122)
大崎 寿久 地方独立行政法人神奈川県立産業技術総合研究所, 人工細胞膜システムグループ, サブリーダー (50533650)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 膜蛋白複合体 / 抗原ー抗体反応 / 分子間相互作用 / １分子直接観察 / 高速原子間力顕微鏡 / CFTR / 嚢胞線維症 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
膜蛋白およびそれらの高次機能複合体の動作機構の解明は、医学生理学の大きな進歩に繋がると期待される。本研究では、生体機能分子が示す「一分子ゆらぎ」に着目して、正常な機能発現におけるゆらぎの役割、そして異常なゆらぎが引き起こす障害についての知見を深めることを目的としている。
まず、高速AFMを用いて、本研究の対象分子CFTRのATP依存性チャネルゲーティング機能に重要な働きをしている細胞内側にある２つの Nucleotide Binding Domain (NBD)が、大きくゆらいでいることの直接観察に成功した。
嚢胞線維症の分子病態メカニズムとして、病因性変異によってCFTRの分子構造が不安定になり、細胞膜上での発現前に細胞内で分解されてしまうクラスⅡ変異がある。白人種で最も多く見られる⊿F508変異体では、NBD1と膜貫通領域を結び付けているICL4との接合面が不安定化してNBD1のゆらぎが大きくなり、クラスⅡ発現障害が起こると考えられている。日本人で2番目に多いL441P変異はNBD1内にあり、3番目H1085R変異体はICL4に存在している。我々は、米国で⊿F508変異体を安定発現させる目的で開発された発現補正薬lumacaftorによってL441PおよびH1085R変異体が安定発現され、さらに最近開発されたelexacaftorによって相乗的に発現増強されることを発見した。そして、NBD１およびICL1/4-NBD1複合体の分子動力学モデルを作成し、L441PおよびH1085R変異が、NBD1－ICL4系のゆらぎを大きくする定量的なシミュレーション結果を得た。
以上、本研究によってCFTR分子の機能発現および病態生理における分子ゆらぎの関与に関する重要な知見を得ることができた。
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