低感度・低解像のNMRデータにも適用可能な新規信号処理と蛋白質構造解析法の開発

• 研究課題/領域番号: 18K06160
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分43040:生物物理学関連
• 研究機関: 東京都立大学
• 研究代表者: 池谷 鉄兵 東京都立大学, 理学研究科, 助教 (30457840)
• 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: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: NMR / 蛋白質 / 立体構造計算 / 立体構造決定 / 常磁性効果 / 溶液NMR / 蛋白質立体構造 / 信号処理 / ベイズ推定 / 蛋白質立体構造決定 / スパースモデリング

研究成果の概要

世界初の真核細胞（昆虫培養細胞）中での蛋白質立体構造決定に成功した．CYANAプログラムに新規に実装した新機能(分子力場による構造評価，レプリカ交換法，ベイズ推定)を実際の昆虫細胞のin-cell NMRデータに応用し，3種類の蛋白質の高精度立体構造決定を達成した． また， CYANAに常磁性NMRのデータ解析法とmulti-state立体構造計算アルゴリズムの実装にも成功した．本手法をYUH1蛋白質の立体構造計算に適用したところ，活性部位周辺の大きな運動性と機能を明らかにすすることができ，YUH1の分子認識機構に関する新規モデルを提案できた．

研究成果の学術的意義や社会的意義

創薬研究分野では，蛋白質立体構造情報を利用した構造基盤薬物設計(Structural Based-Drug Discovery; SBDD)が，効率的な薬剤設計法として確立している．本課題のアンサンブル構造解析が確立できれば，生体分子の揺らぎを含めた形で，蛋白質ー低分子化合物，蛋白質間相互作用等を解析可能となり，こうした情報の蓄積によりSBDD研究にも全く新しい知見を提供できる．また,ここで開発した統計解析のソフトウェアの世界への普及、全世界の生体系NMRのグループが本技術を共有できるよう世界に還元していく．

研究成果

• [国際共同研究] スイス連邦工科大学(スイス)
• [国際共同研究] レスター大学(英国)
• [国際共同研究] フランクフルトゲーテ大学(ドイツ)
• [国際共同研究] スイス連邦工科大学(スイス)
• [国際共同研究] レスター大学(英国)
• [国際共同研究] フランクフルトゲーテ大学(ドイツ)
• [国際共同研究] スイス連邦工科大学(スイス)
• [国際共同研究] レスター大学(英国)
• [雑誌論文] Multi-state structure determination and dynamics analysis reveals a new ubiquitin-recognition mechanism in yeast ubiquitin C-terminal hydrolase (2021)
  • 著者名/発表者名: Okada, M., Tateishia, Y., Nojiri, E., Mikawa, T., Rajesh, S., Ogasa, H., Ueda, T., Yagi, H., Kohno, T., Kigawa, T., Shimada, I., Guentert, P., Ito, Y., & Ikeya, T.
  • 雑誌名: biorxiv 巻: 2021.04.22.440356 ページ: 1-39
  • DOI: 10.1101/2021.04.22.440356
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Paramagnetic relaxation enhancement-assisted structural determination of a partially disordered conformation of ubiquitin (2019)
  • 著者名/発表者名: Takuro Wakamoto, Teppei Ikeya, Soichiro Kitazawa, Nicola J. Baxter, Mike P. Williamson, Ryo Kitahara
  • 雑誌名: Protein Science 巻: 28 号: 11 ページ: 1993-2003
  • DOI: 10.1002/pro.3734
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Protein Structure Determination in Living Cells. (2019)
  • 著者名/発表者名: Teppei Ikeya, Peter Guentert, Yutaka Ito
  • 雑誌名: international journal of molecular sciences 巻: 20 号: 10 ページ: 2442-2442
  • DOI: 10.3390/ijms20102442
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] NMRによる生体高分子立体構造計算の基礎と最近の進展 (2019)
  • 著者名/発表者名: 池谷鉄兵
  • 雑誌名: 日本核磁気共鳴学会学会誌 巻: 10 ページ: 82-96
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High resolution protein 3D structure determination in living eukaryotic cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Tanaka, T., Ikeya, T., Kamoshida, H., Suemoto, Y., Mishima, M., Shirakawa, M., Guentert, P., Ito, Y.
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: in press 号: 22 ページ: 1-7
  • DOI: 10.1002/anie.201900840
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Solution NMR views of dynamical ordering of biomacromolecules (2018)
  • 著者名/発表者名: Ikeya Teppei、Ban David、Lee Donghan、Ito Yutaka、Kato Koichi、Griesinger Christian
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta-General Subjects 巻: 1862 号: 2 ページ: 287-306
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2017.08.020
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] NMRによる生体高分子の動的秩序形成解析に向けたベイズ推定に基づく構造最適化計算 (2018)
  • 著者名/発表者名: Teppei Ikeya and Yutaka Ito
  • 雑誌名: Journal of Computer Chemistry, Japan 巻: 17 号: 1 ページ: 65-75
  • DOI: 10.2477/jccj.2018-0009
  • NAID: 130006555815
  • ISSN: 1347-1767, 1347-3824
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 複数の異なるNMR データの統合解析によるタンパク質multi-state 立体構造解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 池谷鉄兵 & 伊藤隆
  • 学会等名: 第58回日本生物物理学会
  • 招待講演
• [学会発表] アコヤガイ靭帯の石灰化に関わる有機物の機能・構造解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 森岡太一，岩橋晴香，池谷鉄兵，伊藤隆，片山秀和，降旗一夫，永田宏次 & 鈴木道生
  • 学会等名: 第15回バイオミネラリゼーションワークショップ
• [学会発表] NMRを用いたアダプター蛋白質Drkの動態解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 渡邉吏輝，プバティ マキシン サイーシュ，末元雄介，木川隆則，三島正規，猪股晃介，池谷鉄兵 & 伊藤隆
  • 学会等名: 第59回NMR討論会
• [学会発表] PRE, PCSを用いたマルチドメイン蛋白質Grb2の立体構造解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 田端真彩子，池谷鉄兵，美川務，川端庸平，安藤考史，館野桂太，三島正規 & 伊藤隆
  • 学会等名: 第59回NMR討論会
• [学会発表] Solution NMR approaches to investigating protein behaviours under intracellular crowding environments (2020)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Ito & Teppei Ikeya
  • 学会等名: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2020
  • 招待講演
• [学会発表] 生細胞内のタンパク質立体構造解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 池谷鉄兵，田中孝，立石泰，岡田真由，Peter Guentert，伊藤隆
  • 学会等名: 日本化学会第100春季年会
  • 国際学会
• [学会発表] Solution NMR approaches to 3D structure determination of proteins in living eukaryotic cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Ito, Teppei Ikeya
  • 学会等名: 33rd Annual Symposium of the Protein Society
  • 国際学会
• [学会発表] High resolution protein 3D structure determination in living eukaryotic cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Teppei Ikeya, Yutaka Ito
  • 学会等名: the 8th Asia Pacific NMR Symposium, Singapore
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] MDシミュレーション vs NMR立体構造計算(multi-state 立体構造計算) (2019)
  • 著者名/発表者名: 池谷鉄兵
  • 学会等名: 第20回若手NMR研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 溶液NMRを用いたin situ構造生物学 (2019)
  • 著者名/発表者名: 伊藤隆，池谷鉄兵
  • 学会等名: 第13回バイオ関連化学シンポジウム2019
• [学会発表] Dynamics and interdomain interactions in a Drosophila adapter protein (Drk) and theircorrelation to the unfolding of the N-SH3 domain (2019)
  • 著者名/発表者名: Hisham Dokainish, Yusuke Suemoto, Teppei Ikeya, Takuma Kasai, Takanori Kigawa, Yutaka Ito, Yuji Sugita
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] 磁性効果による遠距離構造情報を利用したタンパク質multi-state立体構造解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 池谷鉄兵
  • 学会等名: 第58回NMR討論会
  • 国際学会
• [学会発表] 分子クラウディング環境下の蛋白質の緩和解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田岸亮馬, 田中孝, 三島正規, 池谷鉄兵, 伊藤隆
  • 学会等名: 第58回NMR討論会
• [学会発表] PRE,PCSを用いた蛋白質立体構造解析のための常磁性金属タグの性能評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 田端真彩子, 池谷鉄兵, 彦根佑哉, 岡田真由, 田岸亮馬, 八木宏昌, 木川隆則, 三島正規, 伊藤隆
  • 学会等名: 第58回NMR討論会
• [学会発表] 分子混雑環境下のRas蛋白質の動態解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 亀井駿, 池谷鉄兵, 田仲加代子, 伊藤隆
  • 学会等名: 第58回NMR討論会
• [学会発表] 常磁性NMRを用いたYeast Ubiquitin hydrolase 1 (YUH1) の構造決定及びダイナミクス解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 立石泰, 池谷鉄兵, 岡田真由, 三島正規, 美川務, 八木宏昌, 河野俊之, 木川隆則, 伊藤隆
  • 学会等名: 第58回NMR討論会
• [学会発表] Multi-state protein structure determination by integrated analysis of several NMR data sets (2019)
  • 著者名/発表者名: Teppei Ikeya
  • 学会等名: IPR seminar
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] High-resolution protein 3D structure determination in living eukaryotic cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Takashi Tanaka, Teppei Ikeya, Masaki Mishima, Peter Guentert, Yutaka Ito
  • 学会等名: The 12th Australian and New Zealand Society for Magnetic Resonance (ANZMAG)
  • 国際学会
• [学会発表] Solution NMR approaches to 3D structure determination of proteins in living eukaryotic cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Yutaka Ito, Teppei Ikeya
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] High resolution protein 3D structure determination in living eukaryotic cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Teppei Ikeya, Yusuke Suemoto, Takashi Tanaka, Hajime Kamoshida, Masaki Mishima, Masahiro Shirakawa, Peter Guentert, Yutaka Ito
  • 学会等名: XXVIII International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems (ICMRBS 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Structural and Dynamics Analysis of Yeast Ubiquitin Hydrolase 1 (YUH1) Using Paramagnetic NMR Spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Mayu Okada, Teppei Ikeya, Sundaresan Rajesh, Eri Nojir, Tsutomu Mikawa Yutaka Ito
  • 学会等名: XXVIII International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems (ICMRBS 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] 常磁性効果を用いたYeast Ubiquitin hydrolase 1 (YUH1) の構造決定及びダイナミクス解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡田真由，池谷鉄兵，Rajesh Sundaresan，野尻英里，美川務，伊藤隆
  • 学会等名: 第57回NMR討論会
• [学会発表] NMRによるタンパク質のミトコンドリア内動態の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 清水涼香，美川務，福島瑞穂，池谷鉄兵，鴨志田一，木川隆則，三島正規，伊藤隆
  • 学会等名: 第57回NMR討論会
• [学会発表] 生きた真核細胞中での蛋白質立体構造決定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 池谷鉄兵，田中孝，鴨志田一，三島正規，白川昌宏，Peter Guentert，伊藤隆
  • 学会等名: 第57回NMR討論会
• [学会発表] 生きた真核細胞内の蛋白質の高分解能立体構造解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 伊藤隆，池谷鉄兵
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [図書] 生命金属ダイナミクス: 生体内における金属の挙動と制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 伊藤隆，猪股晃介，三島正規 & 池谷鉄兵
  • 総ページ数: 12
  • 出版者: エヌ・ティー・エス出版
  • ISBN: 9784860437060
• [図書] In-cell NMR Spectroscopy: From Molecular Sciences to Cell Biology (2019)
  • 著者名/発表者名: Teppei Ikeya, Peter Guentert and Yutaka Ito
  • 総ページ数: 305
  • 出版者: The Royal Society of Chemistry
  • ISBN: 9781788012171
• [備考] 生きた真核細胞内でたんぱく質の立体構造を詳細に観測 ～構造変化を0.05ナノメートルの精度で捉える～
  • URL: https://www.tmu.ac.jp/news/topics/19272.html
• [備考] 生きた真核細胞内でたんぱく質の立体構造を詳細に観測 ～構造変化を0.05ナノメートルの精度で捉える～
  • URL: http://www.jst.go.jp//pr/announce/20190426/index.html