シグナルペプチド分解に関わる膜プロテアーゼＲｓｅＰの構造・機能解析

• Project/Area Number: 15J08129
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Biophysics
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 武本 瑞貴 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000); Fiscal Year 2017: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2016: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000); Fiscal Year 2015: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
• Keywords: 構造生物学 / X線結晶構造解析 / 分子動力学シミュレーション / MDシミュレーション / RseP / 膜プロテアーゼ / チャネルロドプシン

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、タンパク質の膜透過の際に用いられるシグナルペプチドを、膜の疎水的環境中で加水分解する膜内プロテアーゼであるRsePに着目した。このRsePについて、X線結晶構造解析を用いることでRsePの基質結合機構や、基質切断メカニズムを原子分解能で明らかにすることを目指している。昨年度までに確立させた精製系を用い、本年度は結晶の質を改善させることを目的として各種結晶化条件の検討を進め、昨年よりも良好なデータセットの取得に成功した。しかしながら、分子置換による解は得られなかったため、今後はさらなる分解能の向上を目指して、結晶化条件や結晶化方法、精製条件や発現コンストラクトを改良してゆく予定である。また、RsePと基質の結合を観察するためや、機能解析に用いるための基質のデザインやそれらとの共結晶化を計画している。さらに、分子置換法や重原子による異常分散を用いた位相決定法を用いることで位相を決定し、新規構造であるRsePの結晶構造を決定することを目指す。
本年度はこの他に、本研究室で得られた膜タンパク質トリオースリン酸/リン酸輸送体についてのMDシミュレーションを実施、及び論文を筆頭著者として執筆した。この論文は現在、Structure誌においてレビューを受けている。さらにこの論文について、プレプリントサーバbioRxivに掲載した。
本年度はこの他に、本研究室で得られた膜タンパク質結晶構造についていくつかのMDシミュレーションによる解析を担当し、2報の論文を共著として出版した。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Structural insights into the competitive inhibition of the ATP-gated P2X receptor channel (2017)
  • Author(s): Kasuya G, Yamaura T, Ma XB, Nakamura R, Takemoto M, Nagumo H, Tanaka E, Dohmae N, Nakane T, Yu Y, Ishitani R, Matsuzaki O, Hattori M, Nureki O
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 8 Issue: 1 Pages: 876-876
  • DOI: 10.1038/s41467-017-00887-9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structure of the triose-phosphate/phosphate translocator reveals the basis of substrate specificity. (2017)
  • Author(s): Lee Y, Nishizawa T, Takemoto M, Kumazaki K, Yamashita K, Hirata K, Minoda A, Nagatoishi S, Tsumoto K, Ishitani R and Nureki O.
  • Journal Title: Nature Plants. Volume: 3 Issue: 10 Pages: 825-832
  • DOI: 10.1038/s41477-017-0022-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Free energy landscape for the entire transport cycle of triose-phosphate/phosphate translocator (2017)
  • Author(s): Takemoto Mizuki、Lee Yongchan、Ishitani Ryuichiro、Nureki Osamu
  • Journal Title: bioRxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/206912
  • Open Access
• [Journal Article] Structural basis for amino-acid export by DMT superfamily transporter YddG (2016)
  • Author(s): H. Tsuchiya, S. Doki, M. Takemoto, T. Ikuta, T. Higuchi, K. Fukui, Y. Usuda, E. Tabuchi, S. Nagatoishi, K. Tsumoto, T. Nishizawa, K. Ito, N. Dohmae, R. Ishitani and O. Nureki
  • Journal Title: Nature Volume: 534 Issue: 7607 Pages: 417-420
  • DOI: 10.1038/nature17991
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Crystal structures of the TRIC trimeric intracellular cation channel orthologues. (2016)
  • Author(s): Kasuya G, Hiraizumi M, Maturana AD, Kumazaki K, Fujiwara Y, Liu K, Nakada-Nakura Y, Iwata S, Tsukada K, Komori T, Uemura S, Goto Y, Nakane T, Takemoto M, Kato HE, Yamashita K, Wada M, Ito K, Ishitani R, Hattori M, Nureki O.
  • Journal Title: Cell Res. Volume: 26 Issue: 12 Pages: 1288-1301
  • DOI: 10.1038/cr.2016.140
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structural Insights into Divalent Cation Modulations of ATP-Gated P2X Receptor Channels (2016)
  • Author(s): Kasuya, G., Y. Fujiwara, M. Takemoto, N. Dohmae, Y. Nakada-Nakura, R. Ishitani, M. Hattori, and O. Nureki
  • Journal Title: Cell Report Volume: 14 Issue: 4 Pages: 932-944
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2015.12.087
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Molecular dynamics of channelrhodopsin at the early stages of channel opening (2015)
  • Author(s): Mizuki Takemoto, Hideaki E. Kato, Michio Koyama, Jumpei Ito, Motoshi Kamiya, Shigehiko Hayashi, Andres D. Maturana, Karl Deisseroth, Ryuichiro Ishitani, and Osamu Nureki
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 10 Issue: 6 Pages: 0131094-0131094
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0131094
  • NAID: 120005947158
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structural basis for Na+ transport mechanism by a light-driven Na+ pump (2015)
  • Author(s): H. E. Kato, K. Inoue, R. Abe-Yoshizumi, Y. Kato, H. Ono, M. Konno, S. Hososhima, T. Ishizuka, M. R. Hoque, H. Kunitomo, J. Ito, S. Yoshizawa, K. Yamashita, M. Takemoto, T. Nishizawa, R. Taniguchi, K. Kogure, A. D. Maturana, Y. Iino, H. Yawo, R. Ishitani, H. Kandori*, O. Nureki*
  • Journal Title: Nature Volume: 未定 Issue: 7550 Pages: 48-53
  • DOI: 10.1038/nature14322
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 7.Crystal Structures of SecYEG in Lipidic Cubic Phase Elucidate a Precise Resting and a Peptide-Bound State (2015)
  • Author(s): Yoshiki Tanaka, Yasunori Sugano, Mizuki Takemoto, Takaharu Mori, Arata Furukawa, Tsukasa Kusakizako, Kaoru Kumazaki, Ayako Kashima, Ryuichiro Ishitani, Yuji Sugita, Osamu Nureki, Tomoya Tsukazaki
  • Journal Title: Cell report Volume: 13 Issue: 8 Pages: 1561-1568
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2015.10.025
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] トリオースリン酸/リン酸輸送体の全輸送サイクルの自由エネルギー地形解析 (Free energy landscape for the whole transport cycle of triose-phosphate/phosphate translocator) (2017)
  • Author(s): 武本 瑞貴, 李 勇燦, 石谷 隆一郎, 濡木 理
  • Organizer: 第17回蛋白質科学会年会
• [Presentation] Molecular Dynamics of Channelrhodopsin at the Early Stages of Channel Opening (2015)
  • Author(s): Takemoto, M., H.E. Kato, M. Koyama, J. Ito, M. Kamiya, S. Hayashi, A.D. Maturana, K. Deisseroth, R. Ishitani, and O. Nureki
  • Organizer: 日本生物物理学会第53回年会
  • Place of Presentation: 金沢大学角間キャンパス (日本 石川県金沢市角間町)
  • Year and Date: 2015-09-13