構造生物学的着想に基づく昆虫グルタチオンS-転移酵素Noboの内在性基質の同定

• 研究課題/領域番号: 18K19163
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分38:農芸化学およびその関連分野
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 丹羽 隆介 筑波大学, 生存ダイナミクス研究センター, 教授 (60507945)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2019年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2018年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: ステロイドホルモン / 昆虫 / 酵素 / 基質 / ハイスループットスクリーニング / X線結晶構造解析 / 内在性基質 / グルタチオンS-転移酵素 / 構造生物学

研究成果の概要

グルタチオンS-転移酵素Noppera-bo (Nobo) は、昆虫ステロイドホルモンの生合成に特化した役割を持つ。本研究では、構造生物学的な解析手法を導入することで、Noboのリガンド結合部位に挿入される化合物の同定を進め、未同定のNobo内在性基質の解明を目指した。本研究期間中に真の内在性基質を確定するには至らなかったが、Nobo阻害剤化合物の探索と合わせた成果から、哺乳類ステロイドホルモンである17beta-エストラジオールがNoboのリガンド結合部位と強い相互作用を示すことを明らかにした。その他のデータも併せて考察すると、Noboの内在性基質はステロイドである可能性が強く示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

昆虫ステロイドホルモンは、昆虫の脱皮や変態という多くの人々にとって身近な生命現象に深く関与する。しかし、昆虫ステロイドホルモン生合成に特異的に関わる酵素は、タンパク質としてどのような特徴を有しているのかを追究した研究は多くない。本研究は、昆虫ステロイドホルモン生合成高酵素の１つNoppera-boのタンパク質構造の解明に成功した世界ではじめての事例である。また、本研究で明らかにされた酵素活性阻害剤との複合体構造は、今後の内在性基質の同定にむけたさらな流研究だけでなく、昆虫ステロイドホルモン生合成酵素を阻害するような農薬開発にも重要な足がかりを与える。

研究成果

• [雑誌論文] An integrated approach to unravel a crucial structural property required for the function of the insect steroidogenic Halloween protein Noppera-bo. (2020)
  • 著者名/発表者名: Koiwai K, Inaba K, Morohashi K, Enya S, Arai R, Kojima H, Okabe T, Fujikawa Y, Inoue H, Yoshino R, Hirokawa T, Kato K, Fukuzawa K, Shimada-Niwa Y, Nakamura A, Yumoto F, Senda T, Niwa R.
  • 雑誌名: J Biol Chem. 巻: - 号: 20 ページ: 7154-7167
  • DOI: 10.1074/jbc.ra119.011463
  • NAID: 120007165465
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 植物トリテルペノイド cucurbitacin B によるエクダイソン生合成の阻害 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小野 肇、豊福 美和子、藤永 大輝、稲葉 和恵、船橋 智輝、藤川 雄太、井上英史、片岡 宏誌、丹羽 隆介
  • 学会等名: 第64回日本応用動物昆虫学会大会
• [学会発表] ステロール代謝およびエクダイソン生合成を介した植物トリテルペノイドcucurbitacin 類がショウジョウバエの発育に及ぼす影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小野 肇、豊福 美和子、藤永 大輝、稲葉 和恵、船橋 智輝、藤川 雄太、井上英史、片岡 宏誌、丹羽 隆介
  • 学会等名: 日本農薬学会第45回大会
• [学会発表] Automated X-ray crystallographical inhibitors screening against an insect embryogenesis regulator, Noppera-bo (2019)
  • 著者名/発表者名: 小祝 孝太郎、稲葉 和恵、湯本 史明、丹羽 隆介、山田 悠介、千田 俊哉
  • 学会等名: CBI学会2019年度大会
• [学会発表] Combined experimental and computational approaches reveal a unique structural property of the Halloween glutathione S-transferase Noppera-bo (2019)
  • 著者名/発表者名: Kotaro Koiwai, Kazue Inaba, Kana Morohashi, Sora Enya, Riyo Imamura, Takayoshi Okabe, Hirotatsu Kojima, Tetsuo Nagano, Kaoru Fukazawa, Ryunosuke Yoshino, Takatsugu Hirokawa, Hideshi Inoue, Youth Fujikawa, Fumiaki Yumoto, Toshiya Senda, Ryusuke Niwa
  • 学会等名: 4th International Insect Hormone Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 昆虫特異的グルタチオン S 転移酵素による発生・分化制御機構の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小祝 孝太郎、稲葉 和恵、諸橋 香奈、塩谷 天、荒井 怜奈、藤川 雄太、井上 英史、小島 宏建、岡部 隆義、長野 哲雄、湯本 史明、千田 俊哉、丹羽 隆介
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会 第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会
• [学会発表] 新規農薬開発に向けた昆虫グルタチオン S- 転移酵素 Noppera-bo の阻害剤探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 稲葉 和恵、小祝 孝太郎、今村 理世、塩谷 天、荒井 怜奈、小島 宏建、岡部 隆義、長野 哲雄、井上 英史、藤川 雄太、湯本 史明、千田 俊哉、丹羽 隆介
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会 第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会
• [学会発表] エクジソン生合成制御因子 Noppera-bo の構造生物学 (2018)
  • 著者名/発表者名: 稲葉和恵、丹羽隆介
  • 学会等名: 昆虫ポストゲノム研究会2018
• [学会発表] X-ray crystallographic analysis of the ecdysteroidogenic glutathione S-transferase Noppera-bo (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazue Inaba, Kotaro Koiwai, Kana Morohashi, Sora Enya, Reina Arai, Hirotatsu Kojima, Takayoshi Okabe, Tetsuo Nagano, Hideshi Inoue, Yuuta Fujikawa, Fumiaki Yumoto, Toshiya Senda, Toshiya, Ryusuke Niwa
  • 学会等名: The 13th Japanese Drosophila Research Conference
• [学会発表] 昆虫グルタチオン S- 転移酵素 Noppera-bo の構造生物学的・生化学的解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 稲葉和恵、小祝孝太郎、諸橋佳奈、塩谷天、荒井怜奈、小島宏建、岡部隆義、長野哲雄、井上英史、藤川雄太、湯本史明、千田俊哉、丹羽隆介
  • 学会等名: 第18回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] Do ecdysteroidogenic enzymes dream of insect growth regulators? (2018)
  • 著者名/発表者名: Ryusuke Niwa
  • 学会等名: 2018 Ecdysone Workshop at 59th Annual Drosophiila Research Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 筑波大学 生存ダイナミクス研究センター 丹羽プロジェクト
  • URL: https://www1.tara.tsukuba.ac.jp/projects/niwa/
• [備考] 丹羽研究室ウェブページ
  • URL: https://sites.google.com/view/niwa-lab-tsukuba