二次性能動輸送体による細胞環境維持機構の構造生物学

2012 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22687007
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 石谷 隆一郎 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (90361568)
• Project Period (FY): 2010-04-01 – 2013-03-31
• Keywords: X線結晶構造解析 / 膜蛋白質 / 膜輸送体 / ドラッグデリバリー / 多剤排出因子

Research Abstract

細胞内外の環境維持に重要な能動輸送体は，エネルギーを消費して細胞膜を介した物質輸送を行う膜蛋白質であり，二次性輸送体は一次性輸送体が作り出したH+，Na+等のイオンの濃度勾配をエネルギー源として，低分子化合物を能動的に輸送する役割を持つ．特にこの二次性輸送体は，アミノ酸，核酸，糖，薬剤など，重要な生理活性物質の細胞内外の分布を決定づけている．そのため，これらの輸送体のヒトにおける機能異常は様々な疾病と深く関係している．本研究は，生物学的，医学的応用の両面から重要である二次性能動輸送体，多剤排出輸送体MATE，Ca2+カチオン交換体CaCA，オリゴペプチド輸送体POTのX線結晶構造解析・機能解析を行っている．
MATEに関しては，高分解能立体構造の解明に成功し，薬剤排出のメカニズムを明らかにした．また，MATEとその機能を阻害する環状ペプチドとの複合体構造を解明した．その結果，今までMATEがいかにして多様な薬剤を認識し，排出するかの機構は明らかでなかったが，今回の構造によりそれが原子レベルで明らかになった．また，環状ペプチドがどのようにMATEの機能を阻害するかが明らかになった．これらの結果，特に阻害環状ペプチドとの複合体構造は，院内感染などの原因となっている多剤耐性菌に対する有効な抗生物質を創製するための基盤となる．以上の成果を論文としてまとめ，Nature誌に発表した． CaCAに関しては，2Å程度回折する結晶を得ることに成功した．今後位相決定を行い，構造解明を目指す．POTに関してもSAD法による構造決定に成功し，構造に基づいた変異体の機能解析，またさらに，構造に基づいた分子動力学シミュレーションを行った．その結果を論文としてまとめ投稿し，現在改稿中である．

Current Status of Research Progress

Reason

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Structural basis for the drug extrusion mechanism by a MATE multidrug transporter. (2013)
  • Author(s): Tanaka Y, Hipolito CJ, Maturana AD, Ito K, Kuroda T, Higuchi T, Katoh T, Kato HE, Hattori M, Kumazaki K, Tsukazaki T, Ishitani R, Suga H, Nureki O.
  • Journal Title: Nature Volume: 496 Pages: 247-251
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal structure of Cex1p reveals the mechanism of tRNA trafficking between nucleus and cytoplasm (2013)
  • Author(s): Nozawa K, Ishitani R, Yoshihisa T, Sato M, Arisaka F, Kanamaru S, Dohmae N, Mangroo D, Senger B, Becker HD, Nureki O
  • Journal Title: Nucleic Acids Res Volume: 41 Pages: 3901
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Expression, purification, crystallization and preliminary X-ray crystallographic analysis of Zucchini from Drosophila melanogaster (2012)
  • Author(s): Fukuhara S, Nishimasu H, Bonnefond L, Matsumoto N, Ishitani R, Nureki O
  • Journal Title: Acta Crystallogr Sect F Struct Biol Cryst Commun Volume: 68 Pages: 1346
  • DOI: 10.1107/S1744309112038936
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The tRNA recognition mechanism of folate/FAD-dependent tRNA methyltransferase (TrmFO) (2012)
  • Author(s): Yamagami R, Yamashita K, Nishimasu H, Tomikawa C, Ochi A, Iwashita C, Hirata A, Ishitani R, Nureki O, Hori H
  • Journal Title: J Biol Chem Volume: 287 Pages: 42480
  • DOI: 10.1074/jbc.M112.390112
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structure and function of Zucchini endoribonuclease in piRNA biogenesis (2012)
  • Author(s): Nishimasu H, Ishizu H, Saito K, Fukuhara S, Kamatani MK, Bonnefond L, Matsumoto N, Nishizawa T, Nakanaga K, Aoki J, Ishitani R, Siomi H, Siomi MC, Nureki O
  • Journal Title: Nature Volume: 491 Pages: 284
  • DOI: 10.1038/nature11509
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Specific recognition of linear polyubiquitin by A20 zinc finger 7 is involved in NF-κB regulation (2012)
  • Author(s): Tokunaga F, Nishimasu H, Ishitani R, Goto E, Noguchi T, Mio K, Kamei K, Ma A, Iwai K, Nureki O
  • Journal Title: EMBO J Volume: 31 Pages: 3856
  • DOI: 10.1038/emboj.2012.241
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal structure of Enpp1, an extracellular glycoprotein involved in bone mineralization and insulin signaling (2012)
  • Author(s): Kato K, Nishimasu H, Okudaira S, Mihara E, Ishitani R, Takagi J, Aoki J, Nureki O
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A Volume: 109 Pages: 16876
  • DOI: 10.1073/pnas.1208017109
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular dynamics simulation of Autotaxin: roles of the nuclease-like domain and the glycan modification (2012)
  • Author(s): Koyama M, Nishimasu H, Ishitani R, Nureki O
  • Journal Title: J Phys Chem B Volume: 116 Pages: 11798
  • DOI: 10.1021/jp303198u
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Simplification of the genetic code: restricted diversity of genetically encoded amino acids (2012)
  • Author(s): Kawahara-Kobayashi A, Masuda A, Araiso Y, Sakai Y, Kohda A, Uchiyama M, Asami S, Matsuda T, Ishitani R, Dohmae N, Yokoyama S, Kigawa T, Nureki O, Kiga D
  • Journal Title: Nucleic Acids Res Volume: 40 Pages: 10576
  • DOI: 10.1093/nar/gks786
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis for translation termination by archaeal RF1 and GTP-bound EF1α complex (2012)
  • Author(s): Kobayashi K, Saito K, Ishitani R, Ito K, Nureki O
  • Journal Title: Nucleic Acids Res Volume: 40 Pages: 9319
  • DOI: 10.1093/nar/gks660
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Expression, purification, crystallization and preliminary X-ray crystallographic analysis of Enpp1 (2012)
  • Author(s): Kato K, Nishimasu H, Mihara E, Ishitani R, Takagi J, Aoki J, Nureki O
  • Journal Title: Acta Crystallogr Sect F Struct Biol Cryst Commun Volume: 68 Pages: 778
  • DOI: 10.1107/S1744309112019306
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spatial distribution of cytoplasmic domains of the Mg(2+)-transporter MgtE, in a solution lacking Mg(2+), revealed by paramagnetic relaxation enhancement. (2012)
  • Author(s): Imai S, Maruyama T, Osawa M, Hattori M, Ishitani R, Nureki O, Shimada I
  • Journal Title: Biochim Biophys Acta Volume: 1824 Pages: 1129
  • DOI: 10.1016/j.bbapap.2012.06.008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Backbone resonance assignments for the cytoplasmic region of the Mg(2+) transporter MgtE in the Mg (2+)-unbound state (2012)
  • Author(s): Maruyama T, Imai S, Osawa M, Hattori M, Ishitani R, Nureki O, Shimada I
  • Journal Title: Biomol NMR Assign Volume: 7 Pages: 93
  • DOI: 10.1007/s12104-012-9385-y
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Structural basis for mRNA surveillance by archaeal Pelota and GTP-bound EF1α complex (2012)
  • Author(s): 石谷隆一郎
  • Organizer: XXIV tRNA Conference
  • Place of Presentation: Olmue, Chile
  • Year and Date: 20121202-1206
• [Presentation] Structural basis for H+-coupled symport mechanism by POT (2012)
  • Author(s): 石谷隆一郎
  • Organizer: GRC on Membrane Transport Proteins
  • Place of Presentation: Les Diablerets Conference Center, Les Diablerets, Switzerland
  • Year and Date: 20120701-20120706
• [Presentation] 結晶構造解析と分子動力学シミュレーションから調べるタンパク質のダイナミクス (2012)
  • Author(s): 石谷隆一郎
  • Organizer: JSIAM2012
  • Place of Presentation: 稚内
  • Year and Date: 2012-08-30
• [Remarks] 濡木研究室
  • URL: http://www.nurekilab.net/