核酸を認識するToll様受容体の構造科学的解明

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 25291010
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 清水 敏之 東京大学, 薬学研究科(研究院), 教授 (30273858)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: Toll様受容体 / 自然免疫 / １本鎖核酸 / X線結晶構造解析

Outline of Annual Research Achievements

自然免疫は病原体の感染をいち早く察知し炎症反応を引き起こす一方、後に続く獲得免疫を誘導するという極めて重要な役割を果たす。自然免疫の中でも病原体センサーとして機能するTLR　(Toll-like receptor)はその重要性から分子細胞生物学的・医学的な研究はもちろん構造科学的な研究も広く行われている。本申請では核酸認識に関わるTLR7, 8, 9に注目し、リガンドとなる核酸の認識機構・リガンド結合による活性化機構を構造科学的に明らかにすることによって謎が多い核酸による活性化を“目に見える形で”具現する。さらにその構造情報をもとに新規のリガンド設計をめざす。
TLR9はCG配列を含む一本鎖DNA(CpG-DNA)をリガンドとする一方、TLR9の働きを阻害するDNA配列(inhibitory DNA)も知られている。我々はCpG-DNAおよびinhibitory DNA とTLR9との複合体構造を明らかにした。TLR9の単量体の構造はTLR8と非常によく似たリング型の構造をしていた。TLR8とTLR9とは単量体の構造および活性化型2量体の構造はよく似ているにも関わらずリガンド結合部位は全く異なっていた。CpG-DNAは２量体の一方のプロトマーのN末端側断片の側面からリングの内側に沿う形で伸びた状態で結合していた。さらに、もう一方のプロトマーのC末端側断片の凸面との間で相互作用していた。一方inhibitory DNAとTLR9の複合体は二量体化しておらず、単量体で存在していた。inhibitory DNAはTLR9のN末端側のハーフリングの内側にコンパクトなステムループを形成して結合していたinhibitory DNAはTLR9に対して強固に結合することで、CpG-DNAの結合を競合的に阻害するものと考えられる。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Causes of Carryover

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Expenditure Plan for Carryover Budget

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Minnesota(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University of Minnesota
• [Journal Article] Structural basis of CpG and inhibitory DNA recognition by Toll-like receptor (2015)
  • Author(s): Ohto, U., Shibata,T., Tanji, H., Ishida, H., Krayukhina, E., Uchiyama, S., Miyake, K., and Shimizu, T.
  • Journal Title: nature Volume: 520 Pages: 702, 705
  • DOI: 10.1038/nature14138
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] DNase II-dependent DNA digestion is required for DNA sensing by TLR9 (2015)
  • Author(s): Chan, M.P., Onji, M., Fukui, R., Kawane, K., Shibata, T., Saitoh, S., Ohto, U., Shimizu, T., Barber, G. and Miyake, K.
  • Journal Title: Nature comm. Volume: 6 Pages: 5853, 5853
  • DOI: 10.1038/ncomms6853
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Targeting cell surface TLR7 for therapeutic intervention in autoimmune diseases. (2015)
  • Author(s): Kanno A, Tanimura N, Ishizaki M, Ohko K, Motoi Y, Onji M, Fukui R, Shimozato T, Yamamoto K, Shibata T, Sano S, Sugahara-Tobinai A, Takai T, Ohto U, Shimizu T, Saitoh S, Miyake K.
  • Journal Title: Nature comm. Volume: 6 Pages: 6119, 6119
  • DOI: 10.1038/ncomms7119
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structure-based Design of Human TLR8-specific Agonists with Augmented Potency and Adjuvanticity. (2015)
  • Author(s): Beesu M, Caruso G, Salyer A, Khetani K, Sil D, Weerasinghe M, Tanji H, Ohto U, Shimizu T, David SA.
  • Journal Title: J.Med.Chem. Volume: 58 Pages: 7833, 7849
  • DOI: 10.1021/acs.jmedchem.5b01087
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Structural studies of single-stranded RNA receptor TLR8 (2015)
  • Author(s): Hiromi Tanji, Umeharu Ohto, Takuma Shibata, Kensuke Miyake, Toshiyuki Shimizu
  • Organizer: Toll meeting 2015
  • Place of Presentation: Palacio de Congresos de Mabella(SPAIN)
  • Year and Date: 2015-10-02
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 自然免疫系一本鎖RNA受容体TLR8の構造基盤 (2015)
  • Author(s): 丹治裕美、大戸梅治、柴田琢磨、田岡万悟、山内芳雄、礒邉俊明、三宅健介、清水敏之
  • Organizer: 第15回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: あわぎんホール（徳島県徳島市）
  • Year and Date: 2015-06-25
• [Remarks] 蛋白構造生物学教室
  • URL: http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~kouzou/