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2022 Fiscal Year Annual Research Report

電位依存性イオンチャネルの機能構造と構造間遷移機構の解析による動作機構解明

Research Project

Project/Area Number 21H02618
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

大澤 匡範  慶應義塾大学, 薬学部(芝共立), 教授 (60361606)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 横川 真梨子  慶應義塾大学, 薬学部(芝共立), 講師 (60648020)
Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywords電位依存性イオンチャネル / 機能構造 / 構造生物学 / 動作メカニズム
Outline of Annual Research Achievements

電位依存性イオンチャネル(VGIC)は、膜電位に応じた特定イオンの膜透過を通じて膜電位を制御し、神経伝達や心臓の拍動を担う膜タンパク質であり、創薬の標的としても重要である。VGICは一般に、膜電位依存的に静止構造・透過性構造・不透過性構造の間を遷移することによりゲートを開閉し、特定のイオンを膜透過させることで膜電位を制御する。しかしながら、これまでに複数の機能構造が原子分解能で明らかになったVGICはなく、膜電位のかかった静止構造や一過的にしか存在しない構造、および、機能構造間の遷移メカニズムは未解明である。
そこで本研究では、化学修飾により未解明である機能構造を安定化する手法を確立し、それぞれの構造の意味を電気生理学的解析により解明するとともに、それらの立体構造をX線結晶構造解析あるいはクライオ電子顕微鏡により原子レベルで明らかにする。同時にNMRによりそれらの間の構造遷移を解析することにより、VGICの動作メカニズムを解明することを目的とする。
本研究では、膜電位依存的に形成される電位依存性K+チャネルKvAPの各機能構造を安定化するために、電位センサードメイン内の2か所にCys変異を導入し両者をSS結合で固定化する。これまでに25種類のダブルCys変異体を調製し、SS結合形成能を評価したところ、5変異体において膜電位非存在下であってもSS結合が形成されることを見出した。これらの変異体に導入した2残基のCysは、すでに報告されているKvAPの電顕構造ではSS結合が形成できない距離にあるものが4個含まれていた。このことから、電位センサーの異なるコンホメーションがSS結合により安定化されたことが示唆された。
そこで、これらの5変異体がどのような機能状態を反映した構造であるか、電気生理学的に調べるとともに、試料の大量調製法を確立し、電顕での予備実験を行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

電子顕微鏡でのチャネル粒子の観察から、当初の試料調製法ではチャネル機能を発揮するのに必要な4量体構造を形成していない可能性が示唆された。そこで、試料調製法を見直し、界面活性剤の変更やナノディスクへの再構成を試みたところ、野生型および複数の変異体で良好な電顕像が得られ、今後の方向性が明確になった。

Strategy for Future Research Activity

各変異体について、クライオ電子顕微鏡での立体構造解析を進めるとともに、各変異体がどのような機能構造を反映したものか、電気生理学的な性状解析により明らかにしていく。

  • Research Products

    (18 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (14 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 2 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] DLiP-PPI library: An integrated chemical database of small-to-medium-sized molecules targeting protein?protein interactions2023

    • Author(s)
      Ikeda Kazuyoshi、Maezawa Yuta、Yonezawa Tomoki、Shimizu Yugo、Tashiro Toshiyuki、Kanai Satoru、Sugaya Nobuyoshi、Masuda Yoshiaki、Inoue Naoko、Niimi Tatsuya、Masuya Keiichi、Mizuguchi Kenji、Furuya Toshio、Osawa Masanori
    • Journal Title

      Frontiers in Chemistry

      Volume: 10 Pages: 1~9

    • DOI

      10.3389/fchem.2022.1090643

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Paip2A inhibits translation by competitively binding to the RNA recognition motifs of PABPC1 and promoting its dissociation from the poly(A) tail2022

    • Author(s)
      Sagae Takeru、Yokogawa Mariko、Sawazaki Ryoichi、Ishii Yuichiro、Hosoda Nao、Hoshino Shin-ichi、Imai Shunsuke、Shimada Ichio、Osawa Masanori
    • Journal Title

      Journal of Biological Chemistry

      Volume: 298 Pages: 101844~101844

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2022.101844

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Paip2A inhibits translation by competitively binding to the RNA recognition motifs of poly(A)-binding protein C1 and promoting its dissociation from the poly(A) tail2022

    • Author(s)
      Takeru Sagae, Mariko Yokogawa, Ryoichi Sawazaki, Yuichiro Ishii, Nao Hosoda, Shin-ichi Hoshino, Shunsuke Imai, Ichio Shimada, Masanori Osawa
    • Organizer
      International Council on Magnetic Resonance in Biological Systems
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Paip2A inhibits translation by competitively binding to the RNA recognition motifs of poly(A)-binding protein C1 and promoting its dissociation from the poly(A) tail2022

    • Author(s)
      Masanori Osawa
    • Organizer
      The 7th International Symposium on Drug Discovery and Design by NMR
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Paip2 competitively dissociates PABPC1 from poly(A) by accessing RRM2 of the poly(A)-bound PABPC12022

    • Author(s)
      Takeru Sagae, Mariko Yokogawa, Ryoichi Sawazaki, Yuichiro Ishii, Nao Hosoda, Shin-ichi Hoshino, Shunsuke Imai, Ichio Shimada, Masanori Osawa
    • Organizer
      日本蛋白質科学会学会年会
  • [Presentation] Paip2A inhibits translation by competitively binding to the RNA recognition motifs of poly(A)-binding protein C1 and promoting its dissociation from the poly(A) tail2022

    • Author(s)
      寒河江彪流,横川真梨子,沢崎綾一,石井裕一郎,細田直,星野真一,今井駿輔,嶋田一夫,大澤匡範
    • Organizer
      第61回NMR討論会
  • [Presentation] NMRによるPPI 阻害化合物と標的タンパク質との相互作用の構造生物学的解析とドラッグデザイン2022

    • Author(s)
      小島行人,清水祐吾,米澤朋起,池田和由,原田彩佳,横川真梨子,大澤匡範
    • Organizer
      第19回次世代を担う若手のためのフィジカル・ファーマフォーラム
  • [Presentation] Paip2A inhibits translation by competitively binding to the RNA recognition motifs of poly(A)-binding protein C1 and promoting its dissociation from the poly(A) tail2022

    • Author(s)
      Takeru Sagae, Mariko Yokogawa, Ryoichi Sawazaki, Yuichiro Ishii, Nao Hosoda, Shin-ichi Hoshino, Shunsuke Imai, Ichio Shimada, Masanori Osawa
    • Organizer
      日本RNA学会年会
  • [Presentation] PoSSuMds Update : Addition Of Clinical Candidates And COVID-19 Clinical Trials Information2022

    • Author(s)
      Tomoki Yonezawa, Yuko Tsuchiya, Masanori Osawa, Kentaro Tomii, Kazuyoshi Ikeda
    • Organizer
      The Chem-Bio Informatics Society
  • [Presentation] Structural insights into the inhibitory mechanism of transcription factor FOXO3a by 14-3-3ζ2022

    • Author(s)
      桑山知也,中塚将一,横川真梨子,河津光作,中村吏佐,木村友美,田辺幹雄,千田俊哉,齋藤潤,佐谷秀行,大澤匡範
    • Organizer
      第61回NMR討論会
  • [Presentation] ヴァーチャルライブラリーを用いたタンパク質-タンパク質阻害と膜透過性を考慮した中分子ライブラリー構築2022

    • Author(s)
      米澤朋起,大澤匡範,大田雅照,本間光貴,池田和由
    • Organizer
      第50回構造活性相関シンポジウム
  • [Presentation] Oolonghomobisflavan CによるB型肝炎ウイルス阻害機構の解明2022

    • Author(s)
      石場智彬,横川真梨子,横田旭美,大澤匡範
    • Organizer
      日本薬学会 第143年会
  • [Presentation] COVID-19の原因となるタンパク質-タンパク質相互作用を標的とする合成中分子阻害剤のインシリコスクリーニング2022

    • Author(s)
      米澤朋起, 清水祐吾, 池田和由, 山本雄一朗, 野口耕司, 酒井祥太, 深澤征義, 横川真梨子, 大澤匡範
    • Organizer
      日本薬学会 第143年会
  • [Presentation] NMRを活用したSARS-CoV-2スパイクタンパク質とhACE2の相互作用を標的とするSARS-CoV-2侵入阻害化合物の分子設計2022

    • Author(s)
      横川真梨子, 堀内まほろ, 金一駿希, 大竹帝河, 米澤朋起, 清水祐吾, 池田和由, 山本雄一朗, 酒井祥太, 野口耕司, 深澤征義, 大澤匡範
    • Organizer
      日本薬学会 第143年会
  • [Presentation] 医薬品特許化合物データベースの構築とその構造発生への応用2022

    • Author(s)
      清水祐吾, 幸瞳, 大田雅照,本間光貴, 大澤匡範, 池田和由
    • Organizer
      日本薬学会 第143年会
  • [Presentation] 新型コロナウイルスSARS-CoV-2スパイクタンパク質阻害剤の探索2022

    • Author(s)
      小林明日香, 祝部真澄, 山本雄一朗, 村江真奈, 清水芳実, 酒井祥太, 深澤征義, 米澤朋起, 清水祐吾, 池田和由, 横川真梨子, 大澤匡範, 野口耕司
    • Organizer
      第34回 微生物シンポジウム
  • [Remarks] 生命機能物理学:研究:[慶應義塾大学薬学部・薬学研究科]

    • URL

      https://www.pha.keio.ac.jp/research/mfp/index.html

  • [Remarks] 慶應義塾大学薬学部 生命機能物理学講座

    • URL

      http://square.umin.ac.jp/keio-skb/index.html

URL: 

Published: 2023-12-25  

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