殺虫タンパク質の昆虫特異的な毒性を決定する受容体の解明とタンパク質工学への応用

• 研究課題/領域番号: 15J08610
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 植物保護科学
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 遠藤 悠 東京農工大学, 大学院生物システム応用科学府, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2015-04-24 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 1,900千円 (直接経費: 1,900千円); 2016年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2015年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
• キーワード: 殺虫性タンパク質 / Bacillus thuringiensis / Cry toxin / ABCトランスポーター

研究実績の概要

本年度はまず，「受容体に対する結合親和性を高めるとCry毒素の毒性も高まるはずである」という作業仮説を検証した．カイコガABCC3およびコクヌストモドキABCC4Aに対してCry毒素は非常に高い結合親和性を示し，「結合親和性の高低」と「受容体発現培養細胞の細胞傷害の高低」は概ね相関した．Cry毒素はABCトランスポーター以外にも複数の受容体分子が報告されているが，結合親和性の高低と受容体機能の高低に相関が認められるCry毒素受容体は，ABCトランスポーターが初めてである。すなわち，このことはABCトランスポーターがCry毒素改良のためのタンパク質工学の標的分子としてふさわしいことを示唆した．さらに，ABCトランスポーターのCry毒素に対する特異性は，細胞外ループのアミノ酸残基によって決定されることを明らかにした．つまり，Cry毒素の結合性を高めるにはこの細胞外ループ領域を標的とすればよいことが示唆された．
次に，「ABCトランスポーターに対して結合親和性の高まったCry毒素変異体の選抜」を試みようとしたが，難溶性の膜タンパク質であることもあり，ABCC2の大量調製のための条件検討に時間を要した。したがって，これを用いたタンパク質工学の実施には至らなかった．しかしながら，本研究の最終目的である「人為的な改変による有効なCry毒素の創出」は，結合解析によって理論的基盤が得られたこと，および受容体タンパク質の大量調製が可能になり実験系がほぼ構築されつつあることによって，当初よりもかなり現実味を帯びたものとなった．

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Water influx via aquaporin directly determines necrotic cell death induced by the Bacillus thuringiensis Cry toxin. (2017)
  • 著者名/発表者名: Endo H, Azuma M, Adegawa S, Kikuta S, Sato R
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 591 号: 1 ページ: 56-64
  • DOI: 10.1002/1873-3468.12506
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cry toxin specificities of insect ABCC transporters closely related to lepidopteran ABCC2 transporters (2017)
  • 著者名/発表者名: Endo, H., Tanaka, S., Imamura, K., Adegawa, S., Kikuta, S. & Sato, R.
  • 雑誌名: Peptides 巻: 印刷中 ページ: 86-92
  • DOI: 10.1016/j.peptides.2017.04.003
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The domain II loops of Bacillus thuringiensis Cry1Aa form an overlapping interaction site for two Bombyx mori larvae functional receptors, ABC transporter C2 and cadherin-like receptor (2017)
  • 著者名/発表者名: Adegawa, S., Nakama, Y., Endo, H., Shinkawa, N., Kikuta, S., Sato, R.
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta 巻: 1865 号: 2 ページ: 220-231
  • DOI: 10.1016/j.bbapap.2016.11.011
  • 査読あり
• [学会発表] ABCトランスポーターとアクアポリンから見えてきたCry毒素の作用機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 遠藤悠・佐藤令一
  • 学会等名: 第12 回昆虫病理研究会シンポジウム
  • 発表場所: モンタナリゾート（宮城・岩沼）
  • 年月日: 2016-09-15
• [学会発表] Aquaporins contribute to water influx into Sf9 cells intoxicated by Bacillus thuringiensis Cry toxin (2016)
  • 著者名/発表者名: Endo, H, Azuma, M., and Sato, R
  • 学会等名: International Congress on Invertebrate Pathology and Microbial Control and the 49th Annual Meeting of the Society for Invertebrate Pathology
  • 発表場所: Vinci Centre International de Congres de Tours（フランス・ツール
  • 年月日: 2016-07-27
  • 国際学会
• [学会発表] The limited role of Bombyx mori ABCC3 as a Cry toxin receptor in comparison to ABCC2 (2016)
  • 著者名/発表者名: Endo, H, Ichino, F., Adegawa, S. Tabunoki, H. and Sato, R.
  • 学会等名: International Congress on Invertebrate Pathology and Microbial Control and the 49th Annual Meeting of the Society for Invertebrate Pathology
  • 発表場所: Vinci Centre International de Congres de Tours（フランス・ツール）
  • 年月日: 2016-07-26
  • 国際学会
• [学会発表] カイコガABCトランスポーターC2とC3のCry毒素受容体機能における比較解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 遠藤悠、田中詩穂、市野史佳、天竺桂弘子、佐藤令一
  • 学会等名: 平成28年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会（日本蚕糸学会第86回大会）
  • 発表場所: 京都工芸繊維大学松ヶ崎キャンパス（京都府・京都）
  • 年月日: 2016-03-18
• [学会発表] 標的昆虫のABCトランスポーターを介して作用するCry毒素の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 遠藤悠、佐藤令一
  • 学会等名: 平成27年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会（日本蚕糸学会第85回大会）
  • 発表場所: 北海道大学農学部総合研究棟他（北海道・札幌）
  • 年月日: 2015-09-27
• [学会発表] Cry毒素の活性向上を目的とするABCC2を標的とした進化分子工学 (2015)
  • 著者名/発表者名: 今村一博、中嶋夏子、遠藤悠、佐藤令一
  • 学会等名: 平成27年度蚕糸・昆虫機能利用学術講演会（日本蚕糸学会第85回大会）
  • 発表場所: 北海道大学農学部総合研究棟他（北海道・札幌）
  • 年月日: 2015-09-27
• [学会発表] 3ドメインCry毒素による細胞膨潤に関わる昆虫由来因子の解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 遠藤悠、佐藤令一
  • 学会等名: 第75回昆虫病理研究会
  • 発表場所: 北海道大学農学部総合研究棟他（北海道・札幌）
  • 年月日: 2015-09-25
• [学会発表] Development of a Cry toxin activity-improving method based on the directed evolution that targets ABCC2 (2015)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Imamura, Natsuko Nakajima, Haruka Endo, Ryoichi Sato
  • 学会等名: International Congress on Invertebrate Pathology and Microbial Control and the 48th Annual Meeting of the Society for Invertebrate Pathology
  • 発表場所: The University of British Columbia, Vancouver, Canada
  • 年月日: 2015-08-13
  • 国際学会
• [学会発表] Functional range of insect ABCC transporters as a Cry toxin receptor (2015)
  • 著者名/発表者名: Haruka Endo, Shiho Tanaka, Ryoichi Sato
  • 学会等名: International Congress on Invertebrate Pathology and Microbial Control and the 48th Annual Meeting of the Society for Invertebrate Pathology
  • 発表場所: The University of British Columbia, Vancouver, Canada
  • 年月日: 2015-08-11
  • 国際学会
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: http://web.tuat.ac.jp/~rsatolab/