クライオ電子顕微鏡によるメラトニン受容体のシグナル伝達機構の解明

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21J20897
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 岡本 紘幸 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2021-04-28 – 2024-03-31
• Keywords: Gタンパク質共役型受容体 / クライオ電子顕微鏡

Outline of Annual Research Achievements

睡眠薬ラメルテオンとGiタンパク質三量体が結合したメラトニン受容体MT1のシグナル伝達複合体の立体構造を解明することに成功し、哺乳類細胞を用いた生化学的機能解析を行うことで変異体によるシグナル伝達活性の評価を行った。これにより、受容体の活性化に重要なラメルテオンとの相互作用を特定した。さらに、他のシグナル伝達複合体との構造比較から、Gタンパク質の共役選択性を特徴づける受容体の細胞内側の空間的な特徴を見出した。研究データをまとめてNature Structural & Molecular Biology誌に投稿し、レビュー期間を経て掲載されることとなった。
MT1-MT2ヘテロ二量体の精製系を構築するための検討を実施した。膜タンパク質の構造解析で一般的に使用される界面活性剤での可溶化に加え、より生体内の環境を再現できるとして広く使用されている脂質ナノディスクへの再構成や、解離しやすい多量体タンパク質について量体数を保って再構成できるポリマーの使用を検討し、安定な精製に最適な条件・組成・混合比率をスクリーニングした。

Current Status of Research Progress

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

Reason

睡眠薬ラメルテオンとGiタンパク質三量体が結合したメラトニン受容体MT1のシグナル伝達複合体については、当初の予定通り論文として掲載することができた。また、ヒツジに由来するMATEについては発現系、精製系の改良に成功した。また、MT1-MT2ヘテロ二量体の精製系を構築するための検討を実施し、安定な精製に最適な条件・組成・混合比率の手がかりを得ることにも成功している。

Strategy for Future Research Activity

より安定にMT1-MT2ヘテロ二量体を精製づるために条件を最適化し、クライオ電子顕微鏡による単粒子解析を目指す。

Research Products

• [Journal Article] Cryo-EM structure of the human MT1?Gi signaling complex (2021)
  • Author(s): Okamoto Hiroyuki H.、Miyauchi Hirotake、Inoue Asuka、Raimondi Francesco、Tsujimoto Hirokazu、Kusakizako Tsukasa、Shihoya Wataru、Yamashita Keitaro、Suno Ryoji、Nomura Norimichi、Kobayashi Takuya、Iwata So、Nishizawa Tomohiro、Nureki Osamu
  • Journal Title: Nature Structural & Molecular Biology Volume: 28 Pages: 694～701
  • DOI: 10.1038/s41594-021-00634-1
• [Journal Article] Structural basis of gating modulation of Kv4 channel complexes (2021)
  • Author(s): Kise Yoshiaki、Kasuya Go、Okamoto Hiroyuki H.、Yamanouchi Daichi、Kobayashi Kan、Kusakizako Tsukasa、Nishizawa Tomohiro、Nakajo Koichi、Nureki Osamu
  • Journal Title: Nature Volume: 599 Pages: 158～164
  • DOI: 10.1038/s41586-021-03935-z
• [Presentation] Cryo-EM structure of the MT1-Gi signaling complex (2022)
  • Author(s): Hiroyuki Okamoto, Hirotake Miyauchi, Asuka Inoue, Francesco Raimondi, Tsukasa Kusakizako, Wataru Shihoya, Keitaro Yamashita, Norimichi Nomura, So Iwata, Tomohiro Nishizawa, Osamu Nureki
  • Organizer: 第95回日本薬理学会年会
• [Presentation] Cryo-EM structure of the MT1-Gi signaling complex (2021)
  • Author(s): Hiroyuki Okamoto, Hirotake Miyauchi, Asuka Inoue, Francesco Raimondi, Tsukasa Kusakizako, Wataru Shihoya, Keitaro Yamashita, Norimichi Nomura, So Iwata, Tomohiro Nishizawa, Osamu Nureki
  • Organizer: CBI学会2021年大会
• [Presentation] ヒトメラトニン受容体シグナル伝達複合体のクライオ電子顕微鏡による単粒子解析 (2021)
  • Author(s): 岡本紘幸, 宮内弘剛, 井上飛鳥, Francesco Raimondi, 辻本浩一, 草木迫司, 志甫谷渉, 山下恵太郎, 寿野良二, 野村紀通, 小林拓也, 岩田想, 西澤知宏, 濡木理
  • Organizer: 第94回日本生化学大会