細胞接着に関わる糖鎖修飾機構の構造機能解明

• 研究課題/領域番号: 16K07284
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 構造生物化学
• 研究機関: 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構
• 研究代表者: 桑原 直之 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 研究員 (70506253)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 中途終了 (2018年度)
• 配分額: 4,810千円 (直接経費: 3,700千円、間接経費: 1,110千円); 2018年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2016年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円)
• キーワード: 筋ジストロフィー / 糖鎖修飾 / X線結晶構造解析 / O-マンノシル化 / 糖転移酵素 / O型糖鎖

研究実績の概要

ジストロフィン糖タンパク質複合体は筋肉や脳神経組織など多くの組織で重要な糖タンパク質複合体であり、細胞内骨格と細胞外マトリックスを物理的に繋げる 働きをしている。αジストログリカンはその複合体のサブユニットであり、細胞表面に局在している。αジストログリカンに付加されたO-マンノース型糖鎖が細 胞外マトリックスタンパクであるラミニンと直接相互作用し、そのO-マンノース型糖鎖の形成不全が先天性筋ジストロフィーを引き起こす。当該年度での研究で は、これまでのO-マンノース型糖鎖の形成に関わるFukutin-related protein (FKRP)の構造機能解析を基に変異体を用いた機能解析を行うことで構造機能相関を明らかにした。FKRPはFuktinと合わせて core M3と呼ばれる糖鎖にリン 酸リビトールをタンデムに負荷する糖転移酵素であり、哺乳類において、リビトールを利用する唯一の酵素である。哺乳類細胞発現系を用いてFKRPを大量精製及 び結晶化を行い、FKRPの高分解能立体構造を決めるとともに、基質との複合体構造も合わせて決定してきている。FKRPは一般的な糖転移酵素とは異なり、リン酸ヌクレオ シド転移酵素と似た構造を取っていた。そのため、一般的な糖転移酵素とは異なる進化の過程を経て生まれていることが分かった。基質との複合体構造解析及び 変異体を用いた機能解析の結果、FKRPはリン酸ヌクレオシド転移酵素とも異なる基質認識機構を獲得することで、core M3糖鎖を特異的に認識し、リン酸リビ トールを転移することを明らかにできた。
本研究結果は国内外の学会で発表を行い、the 11th International Symposium on Glycosyltransferases(GlycoT2018)においてはBest poster awardを受賞することができた。

研究成果

• [雑誌論文] Carbohydrate Recognition Mechanism of the Mushroom Galectin ACG (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirabayashi Jun、Hu Dan、Tateno Hiroaki、Kuwabara Naoyuki、Kato Ryuichi、Yagi Fumio
  • 雑誌名: Ｔｒｅｎｄｓ ｉｎ Ｇｌｙｃｏｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｇｌｙｃｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巻: 30 号: 172 ページ: SE75-SE88
  • DOI: 10.4052/tigg.1736.1SE
  • NAID: 130006319067
  • ISSN: 0915-7352, 1883-2113
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] キノコ由来ガレクチンACGの糖認識メカニズム (2018)
  • 著者名/発表者名: 平林 淳, 胡 丹, 舘野 浩章, 桑原 直之, 加藤 龍一, 八木 史郎
  • 雑誌名: Ｔｒｅｎｄｓ ｉｎ Ｇｌｙｃｏｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｇｌｙｃｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 巻: 30 号: 172 ページ: SJ33-SJ46
  • DOI: 10.4052/tigg.1736.1SJ
  • NAID: 130006319064
  • ISSN: 0915-7352, 1883-2113
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] POMGnT1の構造解析による筋ジストロフィー疾患発症機序解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 桑原 直之, 加藤 龍一, 萬谷 博, 遠藤 玉夫
  • 雑誌名: 日本結晶学会誌 巻: 59 号: 2-3 ページ: 114-120
  • DOI: 10.5940/jcrsj.59.114
  • NAID: 130006767785
  • ISSN: 0369-4585, 1884-5576
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] X-ray structure of a protease-resistant mutant form of human galectin-9 having two carbohydrate recognition domains with a metal-binding site (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Hiromi、Nishi Nozomu、Wada Kenji、Nakamura Takanori、Hirashima Mitsuomi、Kuwabara Naoyuki、Kato Ryuichi、Kamitori Shigehiro
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 490 号: 4 ページ: 1287-1293
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.07.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Carbohydrate-binding domain of the POMGnT1 stem region modulates O-mannosylation sites of α-dystroglycan. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kuwabara N, Manya H, Yamada T, Tateno H, Kanagawa M, Kobayashi K, Akasaka-Manya K, Hirose Y, Mizuno M, Ikeguchi M, Toda T, Hirabayashi J, Senda T, Endo T, Kato R.
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A. 巻: 113 号: 33 ページ: 9280-9285
  • DOI: 10.1073/pnas.1525545113
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 哺乳類細胞発現系によるFukutin-related protein (FKRP)の大量精製と結晶構造決定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 桑原直之、萬谷博、今江理恵子、遠藤玉夫、千田俊哉、加藤龍一
  • 学会等名: 2017年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] Substrates recognition and oligomerization mechanism of Fukutin-related protein (FKRP) (2018)
  • 著者名/発表者名: Naoyuki Kuwabara, Hiroshi Manya, Rieko Imae, Tomohiro Tanaka, Motoi Kanagawa, Kazuhiro Kobayashi, Tatsushi Toda, Mamoru Mizuno, Toshiya Senda, Tamao Endo, Ryuichi Kato
  • 学会等名: the International Symposium on Glycosyltransferases (GlycoT2018)
  • 国際学会
• [学会発表] 糖転移酵素POMGnT1の機能同定と糖鎖認識機構解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 桑原直之, 萬谷 博, 山田 健之, 舘野 浩章, 金川 基, 小林 千浩, 赤阪-萬谷 啓子, 弘瀬 友理子, 水野 真盛, 池口 満徳, 戸田 達史, 平林 淳, 千田 俊哉, 遠藤 玉夫, 加藤 龍一
  • 学会等名: 2016年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • 発表場所: つくば国際会議場(茨城県・つくば市)
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] POMGnT1の構造解析による筋ジストロフィー疾患発症機序解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 桑原 直之、萬谷 博、山田 健之、舘野 浩章、金川 基、小林 千浩、赤阪-萬谷 啓子、弘瀬 友理子、水野 真盛、池口 満徳6、戸田 達史、平林 淳、千田 俊哉、遠藤 玉夫、加藤 龍一
  • 学会等名: ConBio2017
• [学会発表] Carbohydrate-Binding Domain of the POMGnT1 Stem Region Modulates O-Mannosylation Sites of α-Dystroglycan (2017)
  • 著者名/発表者名: Naoyuki Kuwabara, Hiroshi Manya, Takeyuki Yamada, Hiroaki Tateno, Yuriko Hirose, Mamoru Mizuno, Mitsunori Ikeguchi, Jun Hirabayashi, Toshiya Senda, Tamao Endo, Ryuichi Kato
  • 学会等名: 24th International symposium on glycoconjugate (Glyco24)
  • 国際学会
• [学会発表] Fukutin-related protein (FKRP)の結晶構造と基質認識機構解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 桑原 直之、萬谷 博、金川 基、今江 理恵子、田中 智博、小林 千浩、戸田 達史、水野 真盛、遠藤 玉夫、加藤 龍一
  • 学会等名: 第36回日本糖質学会年会
• [学会発表] 糖転移酵素POMGnT1の機能同定と糖鎖認識機構解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 桑原 直之, 萬谷 博, 山田 健之, 舘野 浩章, 金川 基, 小林 千浩, 赤阪-萬谷 啓子, 弘瀬 友理子, 水野 真盛, 池口 満徳, 戸田 達史, 平林 淳, 千田 俊哉, 遠藤 玉夫, 加藤 龍一
  • 学会等名: 第39回分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(神奈川県・横浜市)
  • 年月日: 2016-11-30
• [学会発表] 糖転移酵素POMGnT1の糖鎖認識機構解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 桑原 直之, 萬谷 博, 山田 健之, 舘野 浩章, 金川 基, 小林 千浩, 赤阪-萬谷 啓子, 弘瀬 友理子, 水野 真盛, 池口 満徳, 戸田 達史, 平林 淳, 千田 俊哉, 遠藤 玉夫, 加藤 龍一
  • 学会等名: 第35回日本糖質学会年会
  • 発表場所: 高知市文化プラザかるぽーと(高知県・高知市)
  • 年月日: 2016-09-01
• [学会発表] A novel carbohydrate binding domain of the POMGnT1 stem region modulates O-mannosylation sites of alpha-dystroglycan (2016)
  • 著者名/発表者名: N Kuwabara, H Manya, T Yamada, H Tateno, Y Hirose, M Mizuno, M Ikeguchi, J Hirabayashi, T Senda, T Endo, R Kato.
  • 学会等名: GlycoT2016
  • 発表場所: Canada, Toronto
  • 年月日: 2016-06-19
  • 国際学会
• [学会発表] 糖転移酵素 POMGnT1 のステムドメインは糖鎖を認識し、O-Man 型修飾部位の制御を行う (2016)
  • 著者名/発表者名: 桑原 直之, 萬谷 博, 山田 健之, 舘野 浩章, 金川 基, 小林 千浩, 赤阪-萬谷 啓子, 弘瀬 友理子, 水野 真盛, 池口 満徳, 戸田 達史, 平林 淳, 千田 俊哉, 遠藤 玉夫, 加藤 龍一
  • 学会等名: 第16回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場(福岡県・福岡市)
  • 年月日: 2016-06-07
• [備考] 桑原直之研究員が GlycoT 2018 Best Poster Awardを受賞しました。
  • URL: https://www2.kek.jp/imss/news/2018/award.html
• [備考] 筋ジストロフィー発症のしくみ
  • URL: https://www.kek.jp/ja/NewsRoom/Highlights/20161102160000/
• [備考] 筋ジストロフィー症発症の新たな仕組みを発見
  • URL: https://www.kek.jp/ja/NewsRoom/Release/2016/08/04/press20160804.pdf