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2021 Fiscal Year Annual Research Report

糖鎖とタンパク質が織りなす抗体のアロステリックネットワークの探査

Research Project

Project/Area Number 20K15981
Research InstitutionInstitute for Molecular Science

Principal Investigator

谷中 冴子  分子科学研究所, 生命・錯体分子科学研究領域, 助教 (80722777)

Project Period (FY) 2020-04-01 – 2022-03-31
Keywords抗体 / グライコフォーム / MDシミュレーション / NMR / 量子ビーム溶液散乱
Outline of Annual Research Achievements

本課題では、免疫グロブリンG(IgG)のFc領域に結合している一対のN型糖鎖に着目して、その構造バリエーションと分子構造ダイナミクス、ひいては機能との連関を予測するための新規なアプローチ法の開発に取り組んだ。
分子動力学(MD)シミュレーションにより、グライコフォームを改変した一連のFcのコンフォメーション空間探査を行い、各グライコフォームについての動的構造アンサンブルを取得した。MDシミュレーションの結果の妥当性を量子ビーム溶液散乱や核磁気共鳴(NMR)法などの実験的手法により検証した。とりわけ、NMRについてはヒトIgGのFcのタンパク質主鎖と糖鎖に由来するすべてのNMRピークを帰属することに成功し、得られた一連のFcグライコフォームのNMRスペクトルデータに基づき、グライコフォームの変動に伴うFcの構造変化を定量化することができた。
一方で、糖鎖をモデル分子として、構造アンサンブルを包括的に取り扱うアプローチ法を確立した。この方法を応用して、NMRデータとMDシミュレーションの結果を統合し、Fcの分子構造中の糖鎖-タンパク質の相互作用ネットワークを明らかにする基盤を構築した。これにより、Fcのグライコフォームの改変の影響を分子内でアミノ酸残基に伝播するハブとなる糖残基の存在を突き止めることに成功した。その結果、Fcの糖鎖とアミノ酸残基の間に存在するアロステリックネットワークを浮き彫りとすることができた。
さらに、抗体とエフェクター分子との親和性を定量解析し、糖鎖の構造バリエーションが機能に及ぼす影響を明らかにした。水素-重水素交換質量分析法により、Fab中に存在するFcγ受容体の相互作用部位が抗原認識に伴ってアロステリックに変化し、IgGの受容体親和性が向上することも明らかとなった。

  • Research Products

    (8 results)

All 2022 2021

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 2 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 3 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] The Fab portion of immunoglobulin G has sites in the CL domain that interact with Fc gamma receptor IIIa2022

    • Author(s)
      Yamaguchi Yuki、Wakaizumi Natsumi、Irisa Mine、Maruno Takahiro、Shimada Mari、Shintani Koya、Nishiumi Haruka、Yogo Rina、Yanaka Saeko、Higo Daisuke、Torisu Tetsuo、Kato Koichi、Uchiyama Susumu
    • Journal Title

      mAbs

      Volume: 14 Pages: -

    • DOI

      10.1080/19420862.2022.2038531

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Glutamine-free mammalian expression of recombinant glycoproteins with uniform isotope labeling: an application for NMR analysis of pharmaceutically relevant Fc glycoforms of human immunoglobulin G12022

    • Author(s)
      Yanaka Saeko、Yagi Hirokazu、Yogo Rina、Onitsuka Masayoshi、Kato Koichi
    • Journal Title

      Journal of Biomolecular NMR

      Volume: なし Pages: 17-22

    • DOI

      10.1007/s10858-021-00387-5

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quantitative Visualization of the Interaction between Complement Component C1 and Immunoglobulin G: The Effect of CH1 Domain Deletion2022

    • Author(s)
      Yanaka Saeko、Nishiguchi Shigetaka、Yogo Rina、Watanabe Hiroki、Shen Jiana、Yagi Hirokazu、Uchihashi Takayuki、Kato Koichi
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 23 Pages: -

    • DOI

      10.3390/ijms23042090

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Comprehensive characterization of oligosaccharide conformational ensembles with conformer classification by free-energy landscape via reproductive kernel Hilbert space2021

    • Author(s)
      Watanabe Tokio、Yagi Hirokazu、Yanaka Saeko、Yamaguchi Takumi、Kato Koichi
    • Journal Title

      Physical Chemistry Chemical Physics

      Volume: 23 Pages: 9753~9760

    • DOI

      10.1039/D0CP06448C

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Stable isotope-assisted NMR analysis of dynamics and interactions of the Fc region of immunoglobulin G as glycoprotein2021

    • Author(s)
      Saeko Yanaka
    • Organizer
      ISMAR-APNMR-NMRSJ-SEST2021
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 抗体の3次元構造と相互作用のダイナミクスをみる2021

    • Author(s)
      谷中冴子
    • Organizer
      PFF2020/2021
    • Invited
  • [Presentation] 抗体の安定同位体標識によるNMRを用いた3次元構造と相互作用の解析2021

    • Author(s)
      谷中冴子
    • Organizer
      第21回若手NMR研究会
    • Invited
  • [Book] Comprehensive Glycoscience, 2nd edition (J. Barchi ed.)2021

    • Author(s)
      Hirokazu Yagi、Saeko Yanaka、Koichi Kato
    • Publisher
      Elsevier (Oxford)

URL: 

Published: 2022-12-28  

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