有機分子の排出にかかわる膜輸送体の構造生物学

• 研究課題/領域番号: 17H03640
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 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: 石谷 隆一郎 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任教授 (90361568)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2019年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2018年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2017年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: Ｘ線結晶構造解析 / 膜タンパク質 / 多剤耐性菌 / 薬物動態 / 結晶構造解析 / 膜蛋白質 / 輸送体 / 多剤耐性因子

研究成果の概要

生体は常に有毒な有機分子にさらされているが、細胞は防御策としてこれらを排出する機構を有している。この排出機構の分子実体は膜タンパク質である「排出輸送体」である。本研究では有機分子の排出機構に着目し、多剤排出輸送体MATEの構造解析を行った。
真核生物由来MATEに関しては，昨年度、シロイヌナズナ由来MATE輸送体AtDTX14の外向き開状態の構造を決定し、構造に基づいた変異体解析を行い、輸送機構を検証した。一方で、真正細菌由来のMATEであるVcmNについても構造解析を行った。本構造解析の結果から、VcmNはH+駆動力依存的なTM1折れ曲がりにより基質を排出することが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

生体は常に有毒な有機分子にさらされているが、細胞は防御策としてこれらを排出する機構を有している。これらの排出にかかわるMATE輸送体は細胞内外の物質の分布を制御する役割を担うため、その輸送機構を解明することは生命現象を理解するうえで必須であり、さらに医薬への応用などにおいても重要である。

研究成果

• [国際共同研究] Vanderbilt University Medical Center/Nashville, TN 37232(米国)
• [雑誌論文] Crystal structure of Drosophila Piwi. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, S., Oe, A., Nishida, KM., Yamashita, K., Kajiya, A., Hirano, S., Matsumoto, N., Dohmae, N., Ishitani, R., Saito, K., Siomi, H., Nishimasu, H., Siomi, MC., and Nureki, O.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 858-858
  • DOI: 10.1038/s41467-020-14687-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of Potent In Vivo Autotaxin Inhibitors that Bind to Both Hydrophobic Pockets and Channels in the Catalytic Domain (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawaguchi Mitsuyasu、Okabe Takayoshi、Okudaira Shinichi、Hama Kotaro、Kano Kuniyuki、Nishimasu Hiroshi、Nakagawa Hidehiko、Ishitani Ryuichiro、Kojima Hirotatsu、Nureki Osamu、Aoki Junken、Nagano Tetsuo
  • 雑誌名: Journal of Medicinal Chemistry 巻: 63 号: 6 ページ: 3188-3204
  • DOI: 10.1021/acs.jmedchem.9b01967
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cryo-EM structure of the volume-regulated anion channel LRRC8D isoform identifies features important for substrate permeation (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Ryoki、Numata Tomohiro、Kasuya Go、Yokoyama Takeshi、Nishizawa Tomohiro、Kusakizako Tsukasa、Kato Takafumi、Hagino Tatsuya、Dohmae Naoshi、Inoue Masato、Watanabe Kengo、Ichijo Hidenori、Kikkawa Masahide、Shirouzu Mikako、Jentsch Thomas J.、Ishitani Ryuichiro、Okada Yasunobu、Nureki Osamu
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 3 号: 1 ページ: 240-240
  • DOI: 10.1038/s42003-020-0951-z
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cryo-EM structure of the human L-type amino acid transporter 1 in complex with glycoprotein CD98hc (2019)
  • 著者名/発表者名: Lee Yongchan、Wiriyasermkul Pattama、Jin Chunhuan、Quan Lili、Ohgaki Ryuichi、Okuda Suguru、Kusakizako Tsukasa、Nishizawa Tomohiro、Oda Kazumasa、Ishitani Ryuichiro、Yokoyama Takeshi、Nakane Takanori、Shirouzu Mikako、Endou Hitoshi、Nagamori Shushi、Kanai Yoshikatsu、Nureki Osamu
  • 雑誌名: Nature Structural & Molecular Biology 巻: 26 号: 6 ページ: 510-517
  • DOI: 10.1038/s41594-019-0237-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structural biology of the multidrug and toxic compound extrusion superfamily transporters (2019)
  • 著者名/発表者名: Kusakizako Tsukasa、Miyauchi Hirotake、Ishitani Ryuichiro、Nureki Osamu
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes 巻: 1 号: 12 ページ: 183154-183154
  • DOI: 10.1016/j.bbamem.2019.183154
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural Basis of H+-Dependent Conformational Change in a Bacterial MATE Transporter (2019)
  • 著者名/発表者名: Kusakizako Tsukasa、Claxton Derek P.、Tanaka Yoshiki、Maturana Andrs D.、Kuroda Teruo、Ishitani Ryuichiro、Mchaourab Hassane S.、Nureki Osamu
  • 雑誌名: Structure 巻: 27 号: 2 ページ: 293-301
  • DOI: 10.1016/j.str.2018.10.004
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Crystal structure of the Agrobacterium tumefaciens type VI effector-immunity complex. (2018)
  • 著者名/発表者名: Fukuhara S, Nakane T, Yamashita K, Ishii R, Ishitani R, Nureki O
  • 雑誌名: Acta Crystallogr. F Struct. Biol. Commun. 巻: 74 号: 3 ページ: 810-816
  • DOI: 10.1038/s41477-019-0367-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cap-specific terminal N6-methylation of RNA by an RNA polymerase II?associated methyltransferase (2018)
  • 著者名/発表者名: Akichika Shinichiro、Hirano Seiichi、Shichino Yuichi、Suzuki Takeo、Nishimasu Hiroshi、Ishitani Ryuichiro、Sugita Ai、Hirose Yutaka、Iwasaki Shintaro、Nureki Osamu、Suzuki Tsutomu
  • 雑誌名: Science 巻: 363 号: 363 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1126/science.aav0080
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural insights into cGAMP degradation by Ecto-nucleotide pyrophosphatase phosphodiesterase 1 (2018)
  • 著者名/発表者名: Kato Kazuki、Nishimasu Hiroshi、Oikawa Daisuke、Hirano Seiichi、Hirano Hisato、Kasuya Go、Ishitani Ryuichiro、Tokunaga Fuminori、Nureki Osamu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 4424-4424
  • DOI: 10.1038/s41467-018-06922-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Vibrational and Molecular Properties of Mg2+ Binding and Ion Selectivity in the Magnesium Channel MgtE (2018)
  • 著者名/発表者名: Kimura Tetsunari、Lorenz-Fonfria Victor A.、Douki Shintaro、Motoki Hideyoshi、Ishitani Ryuichiro、Nureki Osamu、Higashi Masahiro、Furutani Yuji
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry B 巻: 122 号: 42 ページ: 9681-9696
  • DOI: 10.1021/acs.jpcb.8b07967
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An Atomistic Model of a Precursor State of Light-Induced Channel Opening of Channelrhodopsin (2018)
  • 著者名/発表者名: Cheng Cheng, Motoshi Kamiya, Mizuki Takemoto, Ryuichiro Ishitani, Osamu Nureki, *Norio Yoshida, and *Shigehiko Hayashi
  • 雑誌名: Biophysical Journal 巻: 115 号: 7 ページ: 1281-1291
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2018.08.024
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Free Energy Landscape for the Entire Transport Cycle of Triose-Phosphate/Phosphate Translocator (2018)
  • 著者名/発表者名: Takemoto M, Lee Y, Ishitani R, Nureki O
  • 雑誌名: Structure 巻: 26 号: 9 ページ: 1284-1296
  • DOI: 10.1016/j.str.2018.05.012
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Engineered CRISPR-Cas9 nuclease with expanded targeting space (2018)
  • 著者名/発表者名: Nishimasu Hiroshi、Shi Xi、Ishiguro Soh、Gao Linyi、Hirano Seiichi、Okazaki Sae、Noda Taichi、Abudayyeh Omar O.、Gootenberg Jonathan S.、Mori Hideto、Oura Seiya、Holmes Benjamin、Tanaka Mamoru、Seki Motoaki、Hirano Hisato、Aburatani Hiroyuki、Ishitani Ryuichiro、Ikawa Masahito、Yachie Nozomu、Zhang Feng、Nureki Osamu
  • 雑誌名: Science 巻: 361 号: 6408 ページ: 1259-1262
  • DOI: 10.1126/science.aas9129
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cryo-EM structures of the human volume-regulated anion channel LRRC8 (2018)
  • 著者名/発表者名: Kasuya G, Nakane T, Yokoyama T, Jia Y, Inoue M, Watanabe K, Nakamura R, Nishizawa T, Kusakizako T, Tsutsumi A, Yanagisawa H, Dohmae N, Hattori M, Ichijo H, Yan Z, Kikkawa M, Shirouzu M, Ishitani R, Nureki O
  • 雑誌名: Nat Struct Mol Biol. 巻: 25 号: 9 ページ: 797-804
  • DOI: 10.1038/s41594-018-0109-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Functional roles of Mg2+ binding sites in ion-dependent gating of a Mg2+ channel, MgtE, revealed by solution NMR (2018)
  • 著者名/発表者名: Maruyama Tatsuro、Imai Shunsuke、Kusakizako Tsukasa、Hattori Motoyuki、Ishitani Ryuichiro、Nureki Osamu、Ito Koichi、Maturana Andr?s D、Shimada Ichio、Osawa Masanori
  • 雑誌名: eLife 巻: 7
  • DOI: 10.7554/elife.31596
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structural basis for xenobiotics extrusion by eukaryotic MATE transporter. (2017)
  • 著者名/発表者名: Miyauchi H., Moriyama S., Kusakizako T., Kumazaki K., Ito K., Dohmae N., Nishizawa T., Miyaji T., Moriyama Y., Ishitani R., Nureki O.
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 8 号: 1 ページ: 1633-1633
  • DOI: 10.1038/s41467-017-01541-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural insights into the competitive inhibition of the ATP-gated P2X receptor channel (2017)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 8 号: 1 ページ: 876-876
  • DOI: 10.1038/s41467-017-00887-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structure of the triose-phosphate/phosphate translocator reveals the basis of substrate specificity. (2017)
  • 著者名/発表者名: Lee Y, Nishizawa T, Takemoto M, Kumazaki K, Yamashita K, Hirata K, Minoda A, Nagatoishi S, Tsumoto K, Ishitani R and Nureki O.
  • 雑誌名: Nature Plants. 巻: 3 号: 10 ページ: 825-832
  • DOI: 10.1038/s41477-017-0022-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural insights into ligand recognition by the lysophosphatidic acid receptor LPA6 (2017)
  • 著者名/発表者名: Taniguchi Reiya、Inoue Asuka、Sayama Misa、Uwamizu Akiharu、Yamashita Keitaro、Hirata Kunio、Yoshida Masahito、Tanaka Yoshiki、Kato Hideaki E.、Nakada-Nakura Yoshiko、Otani Yuko、Nishizawa Tomohiro、Doi Takayuki、Ohwada Tomohiko、Ishitani Ryuichiro、Aoki Junken、Nureki Osamu
  • 雑誌名: Nature 巻: 548 号: 7667 ページ: 356-360
  • DOI: 10.1038/nature23448
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural Basis for the Canonical and Non-canonical PAM Recognition by CRISPR-Cpf1 (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamano Takashi、Zetsche Bernd、Ishitani Ryuichiro、Zhang Feng、Nishimasu Hiroshi、Nureki Osamu
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 67 号: 4 ページ: 633-645
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2017.06.035
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ATP-dependent modulation of MgtE in Mg2+ homeostasis (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomita Atsuhiro、Zhang Mingfeng、Jin Fei、Zhuang Wenhui、Takeda Hironori、Maruyama Tatsuro、Osawa Masanori、Hashimoto Ken-ichi、Kawasaki Hisashi、Ito Koichi、Dohmae Naoshi、Ishitani Ryuichiro、Shimada Ichio、Yan Zhiqiang、Hattori Motoyuki、Nureki Osamu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 号: 1 ページ: 148-148
  • DOI: 10.1038/s41467-017-00082-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structural Basis for the Altered PAM Recognition by Engineered CRISPR-Cpf1 (2017)
  • 著者名/発表者名: Nishimasu Hiroshi、Yamano Takashi、Gao Linyi、Zhang Feng、Ishitani Ryuichiro、Nureki Osamu
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: 67 号: 1 ページ: 139-147
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2017.04.019
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cyclic GMP-AMP as an Endogenous Second Messenger in Innate Immune Signaling by Cytosolic DNA (2017)
  • 著者名/発表者名: Kato K, Omura H, Ishitani R, Nureki O
  • 雑誌名: Annu Rev Biochem 巻: 86 号: 1 ページ: 541-566
  • DOI: 10.1146/annurev-biochem-061516-044813
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural insights into the nucleotide base specificity of P2X receptors. (2017)
  • 著者名/発表者名: Kasuya G, Fujiwara Y, Tsukamoto H, Morinaga S, Ryu S, Touhara K, Ishitani R, Furutani Y, Hattori M, Nureki O.
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 7 号: 1 ページ: 45208-45208
  • DOI: 10.1038/srep45208
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Crystal Structure of the Minimal Cas9 from Campylobacter jejuni Reveals the Molecular Diversity in the CRISPR-Cas9 Systems (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamada M, Watanabe Y, Gootenberg JS, Hirano H, Ran FA, Nakane T, Ishitani R, Zhang F, Nishimasu H, Nureki O
  • 雑誌名: Mol Cell 巻: 65 号: 6 ページ: 1109-1121
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2017.02.007
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり