自然免疫に関わる分子群の構造基盤の構築

• 研究課題/領域番号: 16H02494
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 構造生物化学
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 清水 敏之 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 教授 (30273858)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 43,290千円 (直接経費: 33,300千円、間接経費: 9,990千円); 2018年度: 11,570千円 (直接経費: 8,900千円、間接経費: 2,670千円); 2017年度: 13,260千円 (直接経費: 10,200千円、間接経費: 3,060千円); 2016年度: 18,460千円 (直接経費: 14,200千円、間接経費: 4,260千円)
• キーワード: 自然免疫 / X線結晶構造解析 / Nod様受容体 / Toll様受容体 / TLR / X線結晶解析 / 構造生物 / X線解析 / NLR

研究成果の概要

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。本研究では自然免疫に関わるタンパク質に注目し、リガンド認識機構、活性制御機構を明らかにすることを目的とした。細胞質型の自然免疫センサーとしてADP結合型のNOD2の構造解析に成功し、詳細な構造を明らかにした。またLRRドメインにリガンド結合部位と思われる領域を同定した。また一本鎖核酸を認識する膜結合型の自然免疫センサーであるTLRの構造研究にも取り組みその共通性を見出した。さらにmRNAの安定性を制御するRoquin-2の構造解析にも成功しそのRNA認識機構を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

NLRの構造は数例に限られており、NOD2の構造情報はNLRの活性化機構を解明するうえで重要な情報となる。一本鎖核酸を認識するTLRが有する共通性「リガンド結合部位が2ヶ所あり別々のリガンドが各部位に結合することにより協調的に活性化する」を解明したことは大きなインパクトを与えた。特にTLR7,8は低分子化合物によって活性化されることが知られており、立体構造情報はあらたな化合物開発に多大な貢献を示すと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Toll-like Receptor 9 Contains Two DNA Binding Sites that Function Cooperatively to Promote Receptor Dimerization and Activation (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohto Umeharu、Ishida Hanako、Shibata Takuma、Sato Ryota、Miyake Kensuke、Shimizu Toshiyuki
  • 雑誌名: Immunity 巻: 48 号: 4 ページ: 649-658
  • DOI: 10.1016/j.immuni.2018.03.013
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural basis for species-specific activation of mouse Toll-like receptor 9 (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishida Hanako、Ohto Umeharu、Shibata Takuma、Miyake Kensuke、Shimizu Toshiyuki
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 592 号: 15 ページ: 2636-2646
  • DOI: 10.1002/1873-3468.13176
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mechanisms controlling nucleic acid-sensing Toll-like receptors (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyake Kensuke、Shibata Takuma、Ohto Umeharu、Shimizu Toshiyuki、Saitoh Shin-Ichiroh、Fukui Ryutaro、Murakami Yusuke
  • 雑誌名: International Immunology 巻: 30 号: 2 ページ: 43-51
  • DOI: 10.1093/intimm/dxy016
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural Analyses of Toll-like Receptor 7 Reveal Detailed RNA Sequence Specificity and Recognition Mechanism of Agonistic Ligands (2018)
  • 著者名/発表者名: Zhang Zhikuan、Ohto Umeharu、Shibata Takuma、Taoka Masato、Yamauchi Yoshio、Sato Ryota、Shukla Nikunj M.、David Sunil A.、Isobe Toshiaki、Miyake Kensuke、Shimizu Toshiyuki
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 25 号: 12 ページ: 3371-3381
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.11.081
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Small-Molecule TLR8 Antagonists via Structure-Based Rational Design (2018)
  • 著者名/発表者名: Hu Zhenyi、Tanji Hiromi、Jiang Shuangshuang、Zhang Shuting、Koo Kyoin、Chan Jean、Sakaniwa Kentaro、Ohto Umeharu、Candia Albert、Shimizu Toshiyuki、Yin Hang
  • 雑誌名: Cell Chemical Biology 巻: 25 号: 10 ページ: 1286-1291
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2018.07.004
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Small-molecule inhibition of TLR8 through stabilization of its resting state (2018)
  • 著者名/発表者名: Zhang, S., Hu, Z., Tanji, H., Jiang, S., Das, N, Li, J., Sakaniwa, K., Jin, J., Bian, Y., Ohto, U., Shimizu, T., Yin, H.
  • 雑誌名: Nature Chem. Biol. 巻: 14 号: 1 ページ: 58-64
  • DOI: 10.1038/nchembio.2518
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The crystal structure of the AhRR-ARNT heterodimer reveals the structural basis of the repression of AhR-mediated transcription (2017)
  • 著者名/発表者名: Sakurai, S., Shimizu, T., & *Ohto, U.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 292 号: 43 ページ: 17609-17616
  • DOI: 10.1074/jbc.m117.812974
  • 査読あり
• [雑誌論文] Towards a structural understanding of nucleic acid-sensing Toll-like receptors in the innate immune system (2017)
  • 著者名/発表者名: Zhang Z, Ohto U, Shimizu T
  • 雑誌名: FEBS letters 巻: 591 ページ: 3167-3181
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural insights into ligand recognition and regulation of nucleic acid-sensing Toll-like receptors (2017)
  • 著者名/発表者名: Shimizu T
  • 雑誌名: Curr. Opi. Struc. Biol. 巻: 47 ページ: 52-59
  • DOI: 10.1016/j.sbi.2017.05.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emerging roles of the processing of nucleic acids and Toll-like receptors in innate immune responses to nucleic acids (2017)
  • 著者名/発表者名: Miyake K, Shibata T, Ohto U, Shimizu T
  • 雑誌名: J Leukoc Biol 巻: 101 号: 1 ページ: 135-142
  • DOI: 10.1189/jlb.4mr0316-108r
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structural Analysis Reveals that Toll-like Receptor 7 Is a Dual Receptor for Guanosine and Single-Stranded RNA (2016)
  • 著者名/発表者名: Zhang Z, Ohto U, Shibata T, Krayukhina E, Taoka M, Yamauchi Y, Tanji H, Isobe T, Uchiyama S, Miyake K, Shimizu T
  • 雑誌名: Immunity 巻: 45 号: 4 ページ: 737-748
  • DOI: 10.1016/j.immuni.2016.09.011
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structure of NOD2 and its implications in human disease. (2016)
  • 著者名/発表者名: Maekawa S, Ohto U, Shibata T, Miyake K, Shimizu T
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 7 号: 1 ページ: 11813-11813
  • DOI: 10.1038/ncomms11813
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of a Human Toll-Like Receptor (TLR) 8-Specific Agonist and a Functional Pan-TLR Inhibitor in 2-Aminoimidazoles. (2016)
  • 著者名/発表者名: 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.
  • 雑誌名: J. Med. Chem. 巻: 59 号: 7 ページ: 3311-3330
  • DOI: 10.1021/acs.jmedchem.6b00023
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Autoinhibition and relief mechanism by the proteolytic processing of Toll-like receptor 8. (2016)
  • 著者名/発表者名: Tanji, H., Ohto, U., Motoi, Y., Shibata, T., Miyake, K., & Shimizu, T.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. U S A 巻: 113 号: 11 ページ: 3012-3017
  • DOI: 10.1073/pnas.1516000113
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Guanosine and its modified derivatives are endogenous ligands for TLR7 (2016)
  • 著者名/発表者名: Shibata T, Ohto U, Nomura S, Kibata K, Motoi Y, Zhang Y, Murakami Y, Fukui R, Ishimoto T, Sano S, Ito T, Shimizu T, Miyake K.
  • 雑誌名: Int Immunol 巻: - 号: 5 ページ: 211-222
  • DOI: 10.1093/intimm/dxv062
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 構造解析から見えた自然免疫における一本鎖核酸認識 Toll様受容体の共通性およびその創薬への展開 (2018)
  • 著者名/発表者名: 清水敏之
  • 学会等名: ゲノム創薬・医療フォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] 病原体感染を感知するToll様受容体の構造基盤 (2018)
  • 著者名/発表者名: 清水敏之
  • 学会等名: 日本薬学会 第138年会
• [学会発表] Structural study of ssRNA sensing TLRs in innate immune system (2017)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki Shimizu
  • 学会等名: 24th Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structural study of TLRs sensing single stranded RNA in innate immune system (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki Shimizu
  • 学会等名: Naito Conference
  • 発表場所: Chateraise Gateaux Kingdom Sapporo（北海道、札幌市）
  • 年月日: 2016-10-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structural basis of CpG and inhibitory DNA recognition by Toll-like receptor 9 (2016)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki Shimizu
  • 学会等名: 12th Annual Meeting of the Oligonucleotide Therapeutics Society
  • 発表場所: Centre Mont-Royal (Montreal, Canada)
  • 年月日: 2016-09-25
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考]
  • URL: http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~kouzou/index.html
• [備考]
  • URL: http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~kouzou/