Structural biology studies on the effect of phospholipid contents for multi-drug transporters

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K19333
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 47:Pharmaceutical sciences and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Kato Hiroaki 京都大学, 薬学研究科, 教授 (90204487)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Keywords: 構造生物学 / 構造薬理学 / 膜タンパク質 / リン脂質膜 / トランスポーター / 多剤耐性

Outline of Final Research Achievements

We have established a system that reconstitutes nanodiscs with phospholipids of various cell membrane compositions by targeting two types of multidrug efflux transporters, ABCB1 and ABCG2. Then, the ATP hydrolysis activity in the Nanodisc was measured. As a result, we were able to measure in detail the difference in specific activity between the presence and absence of the transport substrate. Furthermore, when we performed single-particle (CryoEM) analysis using cryogenic electron microscopy using these nanodiscs, we observed electron microscopic images that enable structure determination at 4A resolution. Therefore, as a result of conducting a three-dimensional structure analysis, we succeeded in constructing a molecular structure model.

Free Research Field

構造生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

これまでCryoEMで立体構造解析されたことがない、２種類のABC多剤排出トランスポーターの立体構造を解析することに初めて成功した。好熱性真核生物Cyanidioschyzon merolae由来のABC多剤排出トランスポーターCmABCB1については、界面活性剤ミセル中に溶解した状態についてX線結晶構造が、すでに我々によって決定されていたことから、界面活性剤中とリン脂質膜中のCmABCB1の立体構造比較が可能となり、今後、両状態での立体構造の違いが明らかになれば、リン脂質と膜タンパク質の相互作用について新たな知見が得られるものと期待される。