自然免疫を担う病原体センサー蛋白質の構造基盤の解明

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26711002
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 大戸 梅治 東京大学, 薬学研究科(研究院), 講師 (90451856)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: 自然免疫 / 構造生物学 / Ｘ線結晶構造解析 / Toll様受容体

Outline of Annual Research Achievements

自然免疫は微生物の感染に対する生体の初期防御反応である。微生物の構成成分はToll-like receptors (TLRs)，NOD-like receptors (NLRs)，RIG-I-like receptors (RLRs)などの病原体センサーである受容体によって認識され様々な免疫応答を引き起こす。これら受容体は，様々な病気の治療薬のターゲットとして注目されている。本申請課題では，病原体センサーによるリガンド認識機構やシグナル伝達機構を主にＸ線結晶構造解析により明らかにすることを目的として，主に以下の２つのグループに焦点を当てて研究を進める。
１．Toll-like receptor (TLRs) （エンドトキシンショック，抗ウイルス薬，ワクチン）
２．NOD-like receptor (NLRs) （クローン病，アレルギー）
本年度は、１に関してはTLR7の結晶構造決定に成功した。TLR7と合成リガンド複合体の構造、TLR7と一本鎖RNAの複合体の結晶構造から、TLR7のリガンド認識機構と活性化機構が明らかになった。２に関しては、NOD2受容体の不活性化型構造の結晶構造解析に成功した。これにより、NOD2の不活性化を維持するためのドメイン間の相互作用や、疾患変異との関連を明らかにすることができた。引き続き活性化状態を再構成する条件を検討し、活性化状態の構造解析に取り組む予定である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

TLR7およびNOD2の構造解析に成功した。

Strategy for Future Research Activity

引き続きTLR7と各種リガンドとの複合体の構造解析、NLRの活性化型の構造解析に取り組む。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ミネソタ大学/カンザス大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: ミネソタ大学/カンザス大学
• [Journal Article] Identification of a Human Toll-Like Receptor (TLR) 8-Specific Agonist and a Functional Pan-TLR Inhibitor in 2-Aminoimidazoles. (2016)
  • Author(s): Beesu, M., Caruso, G., Salyer, A. C., Shukla, N. M., Khetani, K. K., Smith, L. J., Fox, L. M., Tanji, H., Ohto, U., Shimizu, T., & David, S. A.
  • Journal Title: J. Med. Chem. Volume: 59 Pages: 3311-3330
  • DOI: doi: 10.1021/acs.jmedchem.6b00023.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Autoinhibition and relief mechanism by the proteolytic processing of Toll-like receptor 8. (2016)
  • Author(s): Tanji, H., Ohto, U., Motoi, Y., Shibata, T., Miyake, K., & Shimizu, T.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. U S A Volume: 113 Pages: 3012-3017
  • DOI: doi: 10.1073/pnas.1516000113
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Eritoran inhibits S100A8-mediated TLR4/MD-2 activation and tumor growth by changing the immune microenvironment. (2016)
  • Author(s): Deguchi, A., Tomita, T., Ohto, U., Takemura, K., Kitao, A., Akashi-Takamura, S., Miyake, K., & Maru Y.
  • Journal Title: Oncogene Volume: 35 Pages: 1445-1456
  • DOI: doi: 10.1038/onc.2015.211. Epub 2015 Jul 13.
  • Peer Reviewed / 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, S. A.
  • Journal Title: J. Med. Chem. Volume: 58 Pages: 7833-7849
  • DOI: doi: 10.1021/acs.jmedchem.5b01087.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The Imidazoquinoline Toll-Like Receptor-7/8 Agonist Hybrid-2 Potently Induces Cytokine Production by Human Newborn and Adult Leukocytes. (2015)
  • Author(s): Ganapathi, L., Van Haren, S., Dowling, D. J., Bergelson, I., Shukla, N. M., Malladi, S. S., Balakrishna, R., Tanji, H., Ohto, U., Shimizu, T., David, S. A., & Levy, O.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 10 Pages: 0134640
  • DOI: doi: 10.1371/journal.pone.0134640
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structure of human Roquin-2 and its complex with constitutive-decay element RNA. (2015)
  • Author(s): Sakurai, S., Ohto, U., & Shimizu, T.
  • Journal Title: Acta Crystallogr. Sect. F Volume: 71 Pages: 1048-1054
  • DOI: doi: 10.1107/S2053230X15011887.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 核酸認識Toll様受容体によるリガンド認識とシグナル伝達の構造基盤 (2015)
  • Author(s): 大戸梅治、清水敏之
  • Organizer: BMB2015 第38回日本分子生物学会年会 第88回日本生化学会大会 合同大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（神戸）
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-04
  • Invited
• [Presentation] mRNA分解に関与するタンパク質Roquin-2とRNA複合体のX線結晶構造解析 (2015)
  • Author(s): 櫻井駿也、大戸梅治、清水敏之
  • Organizer: 平成27年度日本結晶学会
  • Place of Presentation: 大阪府立大学（大阪）
  • Year and Date: 2015-10-17 – 2015-10-18
• [Presentation] Structural studies of single-stranded RNA receptor TLR8 (2015)
  • Author(s): Hiromi Tanji, Umeharu Ohto, Takuma Shibaga, Kensuke Miyake, Toshiyuki Shimizu
  • Organizer: Toll meeting 2015
  • Place of Presentation: Marbella, Spain
  • Year and Date: 2015-09-30 – 2015-10-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Crystallographic analyses of Toll-like receptor 9 recognizing CpG DNA (2015)
  • Author(s): U. Ohto, T. Shibata, H. Tanji, H. Ishida, E. Krayukhina, S. Uchiyama, K. Miyake, and T. Shimizu
  • Organizer: Toll meeting 2015
  • Place of Presentation: Marbella, Spain
  • Year and Date: 2015-09-30 – 2015-10-03
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Ligand recognition and signal transduction by Toll-like receptor (2015)
  • Author(s): Umeharu Ohto
  • Organizer: 第53回日本生物物理学会
  • Place of Presentation: 金沢大学（金沢）
  • Year and Date: 2015-09-13 – 2015-09-15
• [Presentation] 自然免疫受容体NOD2の構造学的研究 (2015)
  • Author(s): 前川早貴子、大戸梅治、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）
  • Year and Date: 2015-06-24 – 2015-06-26
• [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）
  • Year and Date: 2015-06-24 – 2015-06-26
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~kouzou/index.html