リアノジン受容体チャネル作動機構の原子レベルでの解明

• 研究課題/領域番号: 16K08507
• 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: 生理学一般
• 研究機関: 順天堂大学
• 研究代表者: 村山 尚 順天堂大学, 医学部, 准教授 (10230012)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019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: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 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: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: リアノジン受容体 / カルシウムイオン / イオンチャネル / 動作原理 / 骨格筋 / 心筋 / カルシウムチャネル / 構造活性相関 / 筋疾患 / カフェイン / 筋小胞体 / カルシウム / 疾患変異 / 作動機構 / 構造モデル / チャネル / 構造解析

研究成果の概要

筋小胞体のカルシウム遊離チャネルであるリアノジン受容体(RyR)の動作原理を理解するため、分子内に多数存在する疾患変異の表現型解析と原子レベルに迫る高分解能構造モデルを組み合わせて動作の予測と検証を行った。Ca2+感受性を増大させる薬物であるカフェインの動作機構を明らかにした。さらに、Ca2+結合がチャネルを開口させるために必要な、細胞質領域から膜貫通領域に至る一連の相互作用部位を同定し、チャネルの動作機構を提唱した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では変異体の機能解析と高分解能構造モデルを組み合わせることで、RyRの動作原理の本質に原子レベルで迫ることができた。特にカフェインによるCa2+感受性増大機構の解明は世界初であり、RyR制御機構における重要な成果である。本研究成果はリガンド作動性チャネルの動作原理として、イオンチャネル研究における大きな一歩である。また、本手法はRyRに特徴的な巨大な細胞質領域にも応用が可能である。細胞質領域には疾患変異が集中しているため、今後の研究により疾患変異の分子機構や薬物開発が大きく加速することが期待される。

研究成果

• [国際共同研究] Virginia Commonwealth University(米国)
• [国際共同研究] University of Leeds(英国)
• [国際共同研究] Virginia Commonwealth University(米国)
• [雑誌論文] Co-Phenotype of Left Ventricular Non-Compaction Cardiomyopathy and Atypical Catecholaminergic Polymorphic Ventricular Tachycardia in Association With R169Q, a <i>Ryanodine Receptor Type 2</i> Missense Mutation (2020)
  • 著者名/発表者名: Nozaki Y, Kato Y, Uike K, Yamamura K, Kikuchi M, Yasuda M, Ohno S, Horie M, Murayama T, Kurebayashi N, Horigome H
  • 雑誌名: Circulation Journal 巻: 84 号: 2 ページ: 226-234
  • DOI: 10.1253/circj.CJ-19-0720
  • NAID: 130007789920
  • ISSN: 1346-9843, 1347-4820
  • 年月日: 2020-01-24
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] TRIC-A Channel Maintains Store Calcium Handling by Interacting With Type 2 Ryanodine Receptor in Cardiac Muscle (2020)
  • 著者名/発表者名: Zhou X, Park KH, Yamazaki D, Lin PH, Nishi M, Ma Z, Qiu L, Murayama T, Zou X, Takeshima H, Zhou J, Ma J.
  • 雑誌名: Circulation Reserach 巻: 126 号: 4 ページ: 417-435
  • DOI: 10.1161/circresaha.119.316241
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Insights into channel modulation mechanism of RYR1 mutants using Ca2+ imaging and molecular dynamics (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamazawa Toshiko、Ogawa Haruo、Murayama Takashi、Yamaguchi Maki、Oyamada Hideto、Suzuki Junji、Kurebayashi Nagomi、Kanemaru Kazunori、Oguchi Katsuji、Sakurai Takashi、Iino Masamitsu
  • 雑誌名: The Journal of General Physiology 巻: 152 号: 1 ページ: 0-0
  • DOI: 10.1085/jgp.201812235
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Assays for Modulators of Ryanodine Receptor (RyR)/Ca 2+ Release Channel Activity for Drug Discovery for Skeletal Muscle and Heart Diseases (2019)
  • 著者名/発表者名: Murayama Takashi、Kurebayashi Nagomi
  • 雑誌名: Current Protocols in Pharmacology 巻: 87 号: 1 ページ: 0-0
  • DOI: 10.1002/cpph.71
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural development of a type-1 ryanodine receptor (RyR1) Ca2+-release channel inhibitor guided by endoplasmic reticulum Ca2+ assay (2019)
  • 著者名/発表者名: Mori Shuichi、Iinuma Hiroto、Manaka Noriaki、Ishigami-Yuasa Mari、Murayama Takashi、Nishijima Yoshiaki、Sakurai Akiko、Arai Ryota、Kurebayashi Nagomi、Sakurai Takashi、Kagechika Hiroyuki
  • 雑誌名: European Journal of Medicinal Chemistry 巻: 179 ページ: 837-848
  • DOI: 10.1016/j.ejmech.2019.06.076
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conversion of Ca2+ oscillation into propagative electrical signals by Ca2+-activated ion channels and connexin as a reconstituted Ca2+ clock model for the pacemaker activity (2019)
  • 著者名/発表者名: Saeki Takanori、Kimura Taisuke、Hashidume Keigo、Murayama Takashi、Yamamura Hisao、Ohya Susumu、Suzuki Yoshiaki、Nakayama Shinsuke、Imaizumi Yuji
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 510 号: 2 ページ: 242-247
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2019.01.080
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dysfunction of muscle contraction with impaired intracellular Ca2+ handling in skeletal muscle and the effect of exercise training in male db/db mice (2019)
  • 著者名/発表者名: Eshima Hiroaki、Tamura Yoshifumi、Kakehi Saori、Nakamura Kyoko、Kurebayashi Nagomi、Murayama Takashi、Kakigi Ryo、Sakurai Takashi、Kawamori Ryuzo、Watada Hirotaka
  • 雑誌名: Journal of Applied Physiology 巻: 126 号: 1 ページ: 170-182
  • DOI: 10.1152/japplphysiol.00048.2018
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A tryptophan residue in the caffeine-binding site of the ryanodine receptor regulates Ca2+ sensitivity (2018)
  • 著者名/発表者名: Murayama Takashi、Ogawa Haruo、Kurebayashi Nagomi、Ohno Seiko、Horie Minoru、Sakurai Takashi
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 1 号: 1 ページ: 98-98
  • DOI: 10.1038/s42003-018-0103-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Efficient high-throughput screening by ER Ca2+measurement to identify inhibitors of ryanodine receptor Ca2+-release channels (2018)
  • 著者名/発表者名: Murayama Takashi、Kurebayashi Nagomi、Ikegami-Yuasa Mari、Mori Shuichi、Suzuki Yukina、Akima Ryunosuke、Ogawa Haruo、Suzuki Junji、Kanemaru Kazunori、Oyamada Hideto、Kiuchi Yuji、Iino Masamitsu、Kagechika Hiroyuki、Sakurai Takashi
  • 雑誌名: Molecular Pharmacology 巻: - 号: 1 ページ: 722-730
  • DOI: 10.1124/mol.117.111468
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fam64a is a novel cell cycle promoter of hypoxic fetal cardiomyocytes in mice (2017)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto Ken、Kodama Aya、Honda Takeshi、Hanashima Akira、Ujihara Yoshihiro、Murayama Takashi、Nishimatsu Shin-ichiro、Mohri Satoshi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 4486-4486
  • DOI: 10.1038/s41598-017-04823-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Dynactin has two antagonistic regulatory domains and exerts opposing effects on dynein motility (2017)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Takuya、Miyashita Takuya、Murayama Takashi、Toyoshima Yoko Y.
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 12 号: 8 ページ: e0183672-e0183672
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0183672
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Long-term, but not short-term high-fat diet induces fiber composition changes and impaired contractile force in mouse fast-twitch skeletal muscle (2017)
  • 著者名/発表者名: Eshima H,Tamura Y, Kakehi S, Kurebayashi N, Murayama T, Nakamura K, Kakigi R,Okada T,Sakurai T, Kawamori R, Watada H
  • 雑誌名: Physiological reports 巻: 5 号: 7 ページ: e13250-e13250
  • DOI: 10.14814/phy2.13250
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Therapeutic potential of ghrelin and des-acyl ghrelin against chemotherapy-induced cardiotoxicity (2017)
  • 著者名/発表者名: Nonaka Miki、Kurebayashi Nagomi、Murayama Takashi、Sugihara Masami、Terawaki Kiyoshi、Shiraishi Seiji、Miyano Kanako、Hosoda Hiroshi、Kishida Shosei、Kangawa Kenji、Sakurai Takashi、Uezono Yasuhito
  • 雑誌名: Endocrine Journal 巻: 64 号: Suppl. ページ: S35-S39
  • DOI: 10.1507/endocrj.64.S35
  • NAID: 130007307943
  • ISSN: 0918-8959, 1348-4540
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Extensive Ca2+ leak through K4750Q cardiac ryanodine receptors caused by cytosolic and luminal Ca2+ hypersensitivity. (2016)
  • 著者名/発表者名: Uehara A, Horie M, et al.
  • 雑誌名: Journal of General Physiology 巻: 149 号: 2 ページ: 199-218
  • DOI: 10.1085/jgp.201611624
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A type 2 ryanodine receptor variant associated with reduced Ca2+ release and short-coupled torsade de pointe ventricular arrhythmia. (2016)
  • 著者名/発表者名: Fujii Y, Horie M, et al.
  • 雑誌名: Heart Rhythm 巻: 14 号: 1 ページ: 98-107
  • DOI: 10.1016/j.hrthm.2016.10.015
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Genotype-phenotype correlations of malignant hyperthermia and central core disease mutations in the central region of the RYR1 channel. (2016)
  • 著者名/発表者名: Murayama, T., Kurebayashi, N., Ogawa, H., Yamazawa, T., Oyamada, H., Suzuki, J., Kanemaru, K., Oguchi, K., Iino, M. and Sakurai, T.
  • 雑誌名: Hum Mutat. 巻: 37 号: 11 ページ: 1231-1241
  • DOI: 10.1002/humu.23072
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ultrastructural analysis of self-associated RyR2s. (2016)
  • 著者名/発表者名: Cabra V, Murayama T, Samso M
  • 雑誌名: Biophysical Journal 巻: 110 号: 12 ページ: 2651-2662
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2016.05.013
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nitric oxide-induced activation of the type 1 ryanodine receptor is critical for epileptic seizure-induced neuronal cell death. (2016)
  • 著者名/発表者名: Mikami, Y., Kanemaru, K., Okubo, Y., Nakaune, T., Suzuki, J., Shibata, K., Sugiyama, H., Koyama, R., Murayama, T., Ito, A., Yamazawa, T., Ikegaya, Y., Sakurai, T., Saito, N., Kakizawa, S. and Iino, M.
  • 雑誌名: EBioMedicine. 巻: 11 ページ: 253-261
  • DOI: 10.1016/j.ebiom.2016.08.020
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Therapeutic effects of a novel RyR1 inhibitor on malignant hyperthermia model mice (2020)
  • 著者名/発表者名: Murayama T, Yamazawa T, Kobayashi T, Kurebayashi N, Noguchi S, Nishino N, Mori S, Kagechika H, Lopez JR, Allen PD, Sakurai T
  • 学会等名: Biophysical Society 64th Annual Meeting
• [学会発表] 新規RyR1抑制薬の悪性高熱症モデルマウスに対する効果 (2020)
  • 著者名/発表者名: 村山 尚，山澤 徳志子，小林 琢也，呉林 なごみ，野口 悟，西野 一三，森 修一，影近 弘之，Jose R. Lopez，Paul D. Allen，櫻井 隆
  • 学会等名: 第93回日本薬理学会年会
• [学会発表] 悪性高熱症モデルマウスを用いた新規RyR1阻害薬の治療効果の検討 (2019)
  • 著者名/発表者名: 村山 尚、山澤 徳志子、小林 琢也、呉林 なごみ、野口 悟、井上 高良、井上 由紀子、森 修一、飯沼 大翔、間中 紀暁、湯浅 磨里、影近 弘之、西野 一三、櫻井 隆
  • 学会等名: 第5回日本筋学会学術集会
• [学会発表] リアノジン受容体チャネル制御機構への構造・機能学的アプローチ (2019)
  • 著者名/発表者名: 村山 尚
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
• [学会発表] Identification of novel inhibitors of Ca2+-induced Ca2+ release for RyR1-related muscle diseases (2019)
  • 著者名/発表者名: Takashi Murayama
  • 学会等名: 9th FAOPS Congress
  • 国際学会
• [学会発表] 小胞体内Ca2+濃度測定による新規RyR1阻害薬のハイスループットスクリーニング (2018)
  • 著者名/発表者名: 村山 尚、呉林 なごみ、湯浅（石上） 磨里、森 修一、鈴木 志奈、秋間 龍之介、小川 治夫、鈴木 純二、金丸 和典、小山田 英人、木内 祐二、飯野 正光、影近 弘之、櫻井 隆
  • 学会等名: 第4回日本筋学会
• [学会発表] 小胞体内Ca2+濃度測定によるリアノジン受容体阻害薬探索システムの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 村山 尚、呉林 なごみ、湯浅（石上） 磨里、森 修一、鈴木 志奈、秋間 龍之介、小川 治夫、鈴木 純二、金丸 和典、小山田 英人、木内 祐二、飯野 正光、影近 弘之、櫻井 隆
  • 学会等名: 第139回日本薬理学会関東部会
• [学会発表] Molecular basis of Ca2+ binding to the ryanodine receptor for channel activation (2018)
  • 著者名/発表者名: Murayama T, Ogawa H, Kurebayashi N, Ohno S, Horie M, Sakurai T
  • 学会等名: 18th World Congress of Basic and Clinical Pharmacology
  • 国際学会
• [学会発表] Genotype-phenotype correlations of central core disease mutations in the C-terminal region of the RYR1 channel (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi Murayama, Nagomi Kurebayashi, Haruo Ogawa, Toshiko Yamazawa, Takashi Sakurai
  • 学会等名: Biophysical Society 61st Annual Meeting
• [学会発表] 1型リアノジン受容体（RYR1）チャネルC末端領域セントラルコア病変異の遺伝子型-表現型相関 (2017)
  • 著者名/発表者名: 村山 尚、呉林なごみ、小川治夫、山澤徳志子、小山田英人、小口勝司、櫻井 隆
  • 学会等名: 第90回日本薬理学会年会
• [学会発表] RyR1関連筋疾患の分子機構：診断と治療に向けて (2017)
  • 著者名/発表者名: 村山 尚
  • 学会等名: 第94回日本生理学会大会
• [学会発表] リアノジン受容体関連疾患の分子機構：診断と治療に向けて (2017)
  • 著者名/発表者名: 村山 尚
  • 学会等名: 第3回日本筋学会学術集会
• [学会発表] Molecular basis for Ca2+ and caffeine action on the RyR2 channel and implications in disease states (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi Murayama, Haruo Ogawa, Nagomi Kurebayashi, Takashi Sakurai
  • 学会等名: 20th International Symposium on Calcium Binding Proteins and Calcium Function in Health and Disease (CaBP20)
  • 国際学会
• [学会発表] Molecular mechanism of type 1 ryanodine receptor-related muscle diseases: toward diagnosis and therapy (2017)
  • 著者名/発表者名: Takashi Murayama
  • 学会等名: AuPS Scientific Meeting
  • 招待講演
• [学会発表] 1型リアノジン受容体C末端領域疾患変異体の機能解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 村山 尚、呉林なごみ、山澤徳志子、小川治夫、小山田英人、小口勝司、櫻井 隆
  • 学会等名: 第2回日本筋学会学術集会
  • 発表場所: 小平
  • 年月日: 2016-08-05
• [産業財産権] ２型リアノジン受容体活性抑制剤 (2020)
  • 発明者名: 國廣なごみ、村山尚、影近弘之、森 修一、湯浅磨里、飯沼大翔
  • 権利者名: 学校法人順天堂、国立大学法人東京医科歯科大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2020
• [産業財産権] リアノジン受容体阻害薬 (2018)
  • 発明者名: 村山 尚、國廣 なごみ、影近 弘之、森 修一、湯浅 磨里
  • 権利者名: 村山 尚、國廣 なごみ、影近 弘之、森 修一、湯浅 磨里
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2018
  • 外国
• [産業財産権] リアノジン受容体阻害薬 (2017)
  • 発明者名: 村山 尚、國廣 なごみ、影近 弘之、森 修一、湯浅 磨里
  • 権利者名: 学校法人順天堂、国立大学法人東京医科歯科大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-205935
  • 出願年月日: 2017
• [産業財産権] Ｃａ2+誘発性Ｃａ2+遊離活性抑制剤のスクリーニング方法 (2016)
  • 発明者名: 村山 尚、國廣 なごみ
  • 権利者名: 順天堂大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2016-113147
  • 出願年月日: 2016-06-07