Structural study of signal transduction mechanism mediated by plexin single-transmembrane proteins

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K06166
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44010:Cell biology-related
• Research Institution: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: Suzuki Hiroshi 東京医科歯科大学, 高等研究院, 特任准教授 (50635472)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: シグナル伝達 / 一回膜貫通タンパク質 / GTPase / クライオ電子顕微鏡

Outline of Final Research Achievements

This study aimed to elucidate the structural changes of full-length single-pass transmembrane proteins and the activation mechanisms of their intracellular domains through three-dimensional structural analysis of the plexin-semaphorin complexes. We achieved large-scale preparation of plexins and semaphorins using a mammalian cell expression system and attempted single-particle analysis using cryo-electron microscopy. We partially clarified the complex structure of semaphorin dimers and plexin dimers, obtaining data suggesting that the intracellular regions are highly dynamic. As a foundation for revealing the detailed structure below the transmembrane region, we developed a novel reconstitution method into a lipid membrane environment and advanced the design of genetically incorporated tags suitable for use in electron microscopy.

Free Research Field

Structural biology

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

プレキシン-セマフォリン複合体のダイナミックな構造変化とそれに伴う細胞内ドメインの活性化機構に関する新たな知見を提供すると共に、多種存在するプレキシンの他のサブタイプの構造研究にも展開可能である。これにより一回膜貫通型タンパク質のシグナル伝達メカニズムの理解が深まり、膜蛋白質研究の進展に寄与する事が期待される。また、新たな構造解析手法の開発は、他の膜蛋白質の研究にも応用可能であり、広範な学術的貢献が期待される。また、プレキシンやセマフォリンの機能解明が進むことで、それら分子が関与する神経発生や免疫などのメカニズム解明につながり、関連する疾病に対する治療標的としての応用が期待される。