インテグリン-ラミニン複合体の結晶構造解析による分子認識機構の解明

• 研究課題/領域番号: 18H02389
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分43020:構造生物化学関連
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 有森 貴夫 大阪大学, 蛋白質研究所, 准教授 (80582064)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円); 2020年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2019年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2018年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
• キーワード: 結晶構造解析 / クライオ電子顕微鏡 / 細胞接着 / 細胞外マトリックス

研究成果の概要

本研究では，基底膜の主要な構成分子であるラミニンとその受容体であるインテグリンの複合体の3次元構造を決定し，その分子認識機構を解明することを目指した．独自に開発した小型抗体をツールとして使うことで安定な複合体試料の調製に成功し，クライオ電子顕微鏡を用いた単粒子解析により，3.9Å分解能でその構造を決定した．さらに，複合体構造から明らかになった結合インターフェースのアミノ酸残基について，変異体を用いた結合親和性解析を行うことで，各アミノ酸残基の結合への寄与を定量的に明らかにした．

研究成果の学術的意義や社会的意義

インテグリンとラミニンの結合は細胞接着の足場として働くだけでなく，細胞の増殖や分化，生存などをコントロールしており，癌細胞においては浸潤や転移にも関与している．また，ES細胞やiPS細胞といった多能性幹細胞ではインテグリンが高発現しており，これらを培養する際には，ラミニンが接着培養の土台（培養基質）として実際に応用されている．本研究で詳細に明らかにしたインテグリンとラミニンの相互作用機構は，単なる生命現象の理解にとどまらず，創薬や再生医療にも大きく貢献するものである．

研究成果

• [雑誌論文] Lasso-grafting of macrocyclic peptide pharmacophores yields multi-functional proteins (2021)
  • 著者名/発表者名: Mihara E, Watanabe S, Bashiruddin N, Nakamura N, Matoba K, Maini R, Yin Y, Sakai K, Arimori T, Matsumoto K, Suga H, and Takagi J.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1 ページ: 1543-1543
  • DOI: 10.1038/s41467-021-21875-0
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A feasibility study of inverse contrast-matching small-angle neutron scattering method combined with size exclusion chromatography using antibody interactions as model systems (2021)
  • 著者名/発表者名: Sato Nobuhiro、Yogo Rina、Yanaka Saeko、Martel Anne、Porcar Lionel、Morishima Ken、Inoue Rintaro、Tominaga Taiki、Arimori Takao、Takagi Junichi、Sugiyama Masaaki、Kato Koichi
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: 0 号: 6 ページ: 1-8
  • DOI: 10.1093/jb/mvab012
  • NAID: 40022687772
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] High affinity modified ACE2 receptors protect from SARS-CoV-2 infection. (2020)
  • 著者名/発表者名: Higuchi Y, Suzuki T, Arimori T, Ikemura N, Kirita Y, Ohgitani E, Mazda O, Motooka D, Nakamura S, Matsuura Y, Matoba S, Okamoto T, Takagi J, and Hoshino A.
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/2020.09.16.299891
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Site-specific epitope insertion into recombinant proteins using the MAP tag system. (2020)
  • 著者名/発表者名: Wakasa A, Kaneko MK, Kato Y, Takagi J, and Arimori T.
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: 168 号: 4 ページ: 375-384
  • DOI: 10.1093/jb/mvaa054
  • NAID: 40022393375
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crystal structure of a mammalian Wnt-frizzled complex. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hirai H, Matoba K, Mihara E, Arimori T, Takagi J
  • 雑誌名: Nature structural & molecular biology 巻: 26(5) 号: 5 ページ: 372-379
  • DOI: 10.1038/s41594-019-0216-z
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray Structure Analysis of Human Oxidized Nucleotide Hydrolase MTH1 using Crystals Obtained under Microgravity (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakamura T, Hirata K, Fujimiya K, Chirifu M, Arimori T, Tamada T, Ikemizu S, Yamagata Y
  • 雑誌名: International Journal of Microgravity Science and Application 巻: 36 号: 1 ページ: 360103
  • DOI: 10.15011//jasma.36.360103
  • NAID: 130007769928
  • ISSN: 2188-9783
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Stable antibody fragment format 'Fv-clasp': Application to challenging structural studies (2020)
  • 著者名/発表者名: Takao Arimori, Naoyuki Miyazaki, and Junichi Takagi
  • 学会等名: 第20回 日本蛋白質科学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 血液凝固第XII因子の活性化抑制における糖鎖修飾の役割 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中村 澄香、小川光貴、竹内英之、岡島徹也、有森貴夫、高木淳一、相川 京子
  • 学会等名: 第93回 日本生化学会大会
• [学会発表] 抗うつ薬フルボキサミン-抗体複合体の小型抗体フォーマットFv-claspを用いた結晶作製 (2020)
  • 著者名/発表者名: 笹尾亜子、黒澤凜 、山口佳宏、有森貴夫、大津由紀、堤博志、古川翔太、高木淳一、西谷陽子
  • 学会等名: 第104回 日本法医学会学術全国集会
• [学会発表] タンパク質結晶化に応用可能な新規小型抗体フォーマットFv-claspの開発 (2020)
  • 著者名/発表者名: 有森 貴夫
  • 学会等名: 令和2年日本結晶学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 抗MAPタグ抗体の結晶構造とMAPタグシステムの新たな応用法 (2019)
  • 著者名/発表者名: 有森 貴夫，若狭 彩美，金子 美華，加藤 幸成，高木 淳一
  • 学会等名: 第19回 日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] Crystal structure of human Wnt3 in complex with mouse Frizzled 8 (2019)
  • 著者名/発表者名: 平井 秀憲、的場 京子、三原 恵美子、有森 貴夫、高木 淳一
  • 学会等名: 第19回 日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] 血液凝固第XII因子の活性化におけるEGF様ドメインのO-結合型糖鎖修飾の役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中村澄香、小川光貴、竹内英之、岡島徹也、有森貴夫、高木淳一、相川京子
  • 学会等名: 第38回 日本糖質学会年会
• [学会発表] HGF-Metシグナル伝達経路におけるHGF活性変換機構の構造基盤 (2019)
  • 著者名/発表者名: 有森 貴夫
  • 学会等名: 蛋白研セミナー：がん研究の新機軸
  • 招待講演
• [学会発表] Development of an artificially designed antibody fragment “Fv-clasp” (2019)
  • 著者名/発表者名: Takao Arimori
  • 学会等名: 分子研研究会
  • 招待講演