分子量の小さいGPCRのクライオ電子顕微鏡を用いた単粒子解析の挑戦

• 研究課題/領域番号: 17K19349
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 分子生物学およびその関連分野
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 島村 達郎 京都大学, 医学研究科, 特定講師 (90391979)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2018年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2017年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: 構造解析 / GPCR / 電子顕微鏡 / G蛋白質共役型受容体

研究成果の概要

細胞膜上に存在するGタンパク質共役型受容体（GPCR）は、シグナル伝達機構で働き、生命に必須な様々な機能に関係している。GPCRは、多くの病気に関係しているため、３０％以上もの医薬品がGPCRをターゲットとしている。本研究計画では、GPCRに抗体を結合させることで分子量を大きくし、クライオ電子顕微鏡法により構造解析を行うことを目的とした。GPCRにしっかりと結合する抗体の作製に成功したが、電子顕微鏡でGPCR-Fab複合体を観察したところ、クライオ電子顕微鏡用のグリッド作製時にFabとGPCRが分離してしまっていることが確認された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

多様な生命現象に関わっているGPCRは、機能的にも創薬ターゲットとしても重要な膜タンパク質である。従来のX線結晶構造解析の手法に加え、クライオ電子顕微鏡法でもGPCRの構造解析が可能になると、GPCRの立体構造が解明できる可能性が高まり、GPCRの機能の解析や、合理的な創薬に役立つ。本研究計画では、実際にクライオ電子顕微鏡法でGPCRの構造を決定するには至らなかったが、研究の過程で培った経験は、電子顕微鏡を用いた膜タンパク質の構造解析に役立つと考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] The Crystal Structure of Angiotensin II Type 2 Receptor with Endogenous Peptide Hormone (2020)
  • 著者名/発表者名: Asada Hidetsugu、Inoue Asuka、Ngako Kadji Francois Marie、Hirata Kunio、Shiimura Yuki、Im Dohyun、Shimamura Tatsuro、Nomura Norimichi、Iwanari Hiroko、Hamakubo Takao、Kusano-Arai Osamu、Hisano Hiromi、Uemura Tomoko、Suno Chiyo、Aoki Junken、Iwata So
  • 雑誌名: Structure 巻: 28 号: 4 ページ: 418-425.e4
  • DOI: 10.1016/j.str.2019.12.003
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] High-viscosity sample-injection device for serial femtosecond crystallography at atmospheric pressure (2019)
  • 著者名/発表者名: Shimazu Yoshiaki、Tono Kensuke、Tanaka Tomoyuki、Yamanaka Yasuaki、Nakane Takanori、Mori Chihiro、Terakado Kimura Kanako、Fujiwara Takaaki、Sugahara Michihiro、Tanaka Rie、Doak R. Bruce、Shimamura Tatsuro、Iwata So、Nango Eriko、Yabashi Makina
  • 雑誌名: Journal of Applied Crystallography 巻: 52 号: 6 ページ: 1280-1288
  • DOI: 10.1107/s1600576719012846
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structural basis for the substrate recognition of aminoglycoside 7′′-phosphotransferase-Ia from Streptomyces hygroscopicus (2019)
  • 著者名/発表者名: Takenoya Mihoko、Shimamura Tatsuro、Yamanaka Ryuji、Adachi Yuya、Ito Shinsaku、Sasaki Yasuyuki、Nakamura Akira、Yajima Shunsuke
  • 雑誌名: Acta Crystallographica Section F Structural Biology Communications 巻: 75 号: 9 ページ: 599-607
  • DOI: 10.1107/s2053230x19011105
  • NAID: 120007133009
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 5-HT2A受容体の構造から解明された薬剤の受容体選択機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 島村達郎
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 270 ページ: 1152-1153
• [雑誌論文] Structures of the 5-HT2A receptor in complex with the antipsychotics risperidone and zotepine (2019)
  • 著者名/発表者名: Kimura Kanako Terakado、Asada Hidetsugu、Inoue Asuka、Kadji Francois Marie Ngako、Im Dohyun、Mori Chihiro、Arakawa Takatoshi、Hirata Kunio、Nomura Yayoi、Nomura Norimichi、Aoki Junken、Iwata So、Shimamura Tatsuro
  • 雑誌名: Nature Structural & Molecular Biology 巻: 26 号: 2 ページ: 121-128
  • DOI: 10.1038/s41594-018-0180-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structure of the human angiotensin II type 2 receptor bound to an angiotensin II analog (2018)
  • 著者名/発表者名: Asada H, Horita S, Hirata K, Shiroishi M, Shiimura Y, Iwanari H, Hamakubo T, Shimamura T, Nomura N, Kusano-Arai O, Uemura T, Suno C, Kobayashi T, Iwata S.
  • 雑誌名: Nature Structural and Molecular Biology 巻: 25 号: 7 ページ: 570-576
  • DOI: 10.1038/s41594-018-0079-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure, Substrate Recognition, and Mechanism of the Na+-Hydantoin Membrane Transport Protein, Mhp1 (2018)
  • 著者名/発表者名: Jackson Scott M.、Ivanova Ekaterina、Calabrese Antonio N.、Polyakova Anna、Sharples David J.、Shimamura Tatsuro、Cameron Alexander D.、Henderson Peter J. F., et al.
  • 雑誌名: Encyclopedia of Biophysics 巻: 1 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1007/978-3-642-35943-9_10091-1
  • ISBN: 9783642359439
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Structure of orexin receptor determined using X-ray free electron laser. (2018)
  • 著者名/発表者名: Shimamura T.
  • 学会等名: AsCA 2018/Crystal32
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structural insights into antipsychotics binding modes in dopamine D2-class receptors (2018)
  • 著者名/発表者名: Dohyun Im, Tatsuro Shimamura, et al.
  • 学会等名: Keystone Symposia: GPCR Structure and Function
  • 国際学会
• [学会発表] A first novel GPCR structure determined at SACLA (2017)
  • 著者名/発表者名: Dohyun Im, Tatsuro Shimamura, So Iwata
  • 学会等名: International Symposium on Frontiers in structural biology for Drug Development
  • 国際学会