膜輸送体の作動機構の構造基盤の解明

2012 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24227004
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 濡木 理 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (10272460)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): MATURANA ANDRES 名古屋大学, 生命農学研究科, 准教授 (10452004)
• Project Period (FY): 2012-05-31 – 2017-03-31
• Keywords: X線結晶構造解析 / 計算機シミュレーション / パッチクランプ / 膜輸送体

Research Abstract

Mg2+チャネル MgtEの膜貫通ドメインのみを2.4Å分解能で構造決定し、イオン透過孔中でMg2+は完全6 水和状態で認識・結合していることを明らかにした。また、Ca2+カチオン交換体CaCAの結晶構造を 2.3Å分解能で決定し、カチオン結合に依存した外向き開口構造・内向き開口構造の変換が起こる動的メカニズムを明らかにした。多剤排出輸送体MATEのアポ構造（中性条件下および酸性条件下）を2形、抗生薬剤ノルフロキサシンとの複合体、特異的阻害性環状ペプチド3種との複合体の結晶構造を最高2.1Åという高分解能で決定し、H+の結合に依存した薬剤の排出機構を解明するとともに、ペプチド創薬の道を開いた。ジペプチド輸送体POTの構造を1.9Å、ジペプチドアナログであるアラフォスファリンとの複合体構造を2.5Åという高分解能で解明し、H+の結合に依存したペプチド取り込み機構を明らかにした。膜タンパク質の膜組み込みに働くYidCの結晶構造を2.4Åで決定することに成功し、1回膜貫通タンパク質の膜組み込み機構を解明した。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

Mg2+チャネル MgtE、Ca2+/H+交換体CaCA、多剤排出輸送体MATE、ジペプチド輸送体POT、膜タンパク質の膜組み込みに働くYidCの結晶構造をLCP法による結晶化法を用いることで高分解能で決定し、変異体の機能解析とあわせることで、個々の動的な分子機構を明らかにすることができ、それぞれ論文投稿中、Scienceに掲載、Natureに掲載、PNASに掲載、Natureに掲載された。

Strategy for Future Research Activity

各膜輸送体タンパク質の別のstateの結晶構造を、分子バインダーや抗体、特異的ペプチドを用いて固定し、構造解析することで、動的分子機構を可視化する。

Research Products

• [Journal Article] Structural basis for Sec-independent membrane protein insertion by YidC (2014)
  • Author(s): K. Kumazaki, S. Chiba, M. Takemoto, A. Furukawa, K. Nishiyama, Y. Sugano, T. Mori, N. Dohmae, K. Hirata, Y. Nakada-Nakura, A. D. Maturana, Y. Tanaka, H. Mori, Y. Sugita, F. Arisaka, K. Ito, R. Ishitani, T. Tsukazaki and O. Nureki
  • Journal Title: Nature Volume: 509 Pages: 516-520
  • DOI: 10.1038/nature13167
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structural basis for dynamic mechanism of proton-coupled symport by the peptide transporter POT (2013)
  • Author(s): S. Doki, H. E. Kato, N. Solcan, M. Iwaki, M. Koyama, N. Iwase, T. Tsukazaki, Y. Sugita, H. Kandori, S. Newstead, R. Ishitani and O. Nureki
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA. Volume: 110 Pages: 11343-11348
  • DOI: 10.1073/pnas.1301079110
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structural basis for the counter-transport mechanism of a H+/Ca2+ exchanger (2013)
  • Author(s): T. Nishizawa, S. Kita, A. D. Maturana, N. Furuya, K. Hirata, G. Kasuya, S. Ogasawara, N. Dohmae, T. Iwamoto, R. Ishitani, O. Nureki
  • Journal Title: Science Volume: 341 Pages: 168-172
  • DOI: 10.1126/science.1239002
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] A macrocyclic peptide that serves as a cocrystallization ligand and inhibits the function of a MATE family transporter (2013)
  • Author(s): C. J. Hipolito, Y. Tanaka, T. Katoh, O. Nureki and H. Suga
  • Journal Title: Molecules Volume: 18 Pages: 10514-10530
  • DOI: 10.3390/molecules180910514
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structural basis for the novel mechanism of drug extrusion by a MATE multidrug transporter (2013)
  • Author(s): Y. Tanaka, C. J. Hipolito, A. D. Maturana, K. Ito, T. Kuroda, T. Higuchi, T. Katoh, H. E. Kato, M. Hattori, K. Kumazaki, T. Tsukazaki, R. Ishitani, H. Suga and O. Nureki
  • Journal Title: Nature Volume: 496 Pages: 247–251
  • DOI: doi: 10.1038/nature11509
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Structural basis of molecular mechanism of ATX/Enpp2
  • Author(s): 濡木理
  • Organizer: The 1st International Symposium on Lipid Mediators
  • Place of Presentation: 九州大学（福岡）
• [Presentation] 慢性炎症の構造的基盤
  • Author(s): 濡木理
  • Organizer: 千里ライフサイエンスセミナー （炎症の慢性化と疾患）
  • Place of Presentation: 千里ライフサイエンスセミナー（大阪）
• [Presentation] MATE輸送体による動的な薬剤排出機構
  • Author(s): 濡木理
  • Organizer: 第35回日本分子生物学会 ワークショップ
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡）
  • Invited
• [Presentation] A20タンパク質による直鎖状ユビキチンを介したNFkBシグナルの制御機構
  • Author(s): 濡木理
  • Organizer: 第85回日本生化学会 シンポジウム
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡）
• [Presentation] Structural basis for light-gated cation conductance by channelrhodopsin
  • Author(s): 濡木理
  • Organizer: Therapeutics Discovery Symposia-2013
  • Place of Presentation: Hilton Garden Inn（BOSTON,USA)
  • Invited
• [Presentation] Structure and function of Zucchini endoribonuclease in piRNA biogenesis
  • Author(s): 濡木理
  • Organizer: American Crystallographic meeting
  • Place of Presentation: SHERATON WAIKIKI（HONOLULU,USA)
  • Invited
• [Presentation] Sructure-based drug design using small molecule and peptide
  • Author(s): 濡木理
  • Organizer: 第11回未来創薬・医療イノベーション拠点形成シンポジウム
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道）
  • Invited
• [Presentation] Structural basis for drug extrusion mechanism by MATE transporter and its inhibitor design
  • Author(s): 濡木理
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会 シンポジウム
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川）
• [Presentation] 多剤排出トランスポーターの構造解析とペプチド性インヒビターの創出
  • Author(s): 濡木理
  • Organizer: 千里ライフサイエンスセミナー （創薬関連分子の構造生物学の最前線）
  • Place of Presentation: 千里ライフサイエンスセンター（大阪）