| 研究課題/領域番号 |
19H00975
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分43:分子レベルから細胞レベルの生物学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
豊島 近 東京大学, 定量生命科学研究所, 特任教授 (70172210)
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| 研究分担者 |
椛島 佳樹 東京大学, 定量生命科学研究所, 特任助教 (00580573)
金井 隆太 東京大学, 定量生命科学研究所, 特任助教 (50598472)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
45,760千円 (直接経費: 35,200千円、間接経費: 10,560千円)
2021年度: 13,910千円 (直接経費: 10,700千円、間接経費: 3,210千円)
2020年度: 13,260千円 (直接経費: 10,200千円、間接経費: 3,060千円)
2019年度: 18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)
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| キーワード | イオンポンプ / 膜蛋白質 / カルシウムポンプ / ナトリウムポンプ / ATPアーゼ / 強心ステロイド / X線結晶解析 / クライオ電子顕微鏡 / 構造生物学 / 能動輸送 / 結晶解析 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究の目標は、P型ATPase（ポンプ）による能動輸送とその制御機構を原子構造に基づいて解明することであり、「何故そういう構造が必要なのか」「構造変化を起こす（或いは妨げる）機構はどのようなものか」を理解することである。そのために反応サイクル中のすべての中間体ならびに制御蛋白質との複合体の原子構造を結晶解析と理論計算によって決定することを目指す。さらに、ポンプの活性を増大させる薬剤・抗体の作用機序の解明を目指す。成功すればポンプ蛋白質の欠陥に由来する多数の疾病に治療の道が開けるため、医学的にも大きな意義がある。
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| 研究成果の概要 |
本研究は、イオン能動輸送機構の完全な理解を目指し、Ca2+ポンプと、Na+ポンプ（Na+,K+-ATPase）のX線結晶解析とクライオ電子顕微鏡法による構造決定を遂行した。出発点となるのは反応中間体の原子構造であるが、Ca2+ポンプでは構造決定に成功した中間体の数を17にまで増やした他、「ATPによる燐酸化のためには何故Ca2+の結合が必須であるか」を明らかにした。一方にNa+ポンプ関しては、E2・2K+状態の構造決定によって細胞質外側イオン通路の2段構えのゲートとロックの機構を明らかにし、7種の強心ステロイドとの複合体の構造決定によって、組織特異性の付与を可能にする知見を得た。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
イオンポンプは生体の恒常性の維持に極めて重要な役割を持つ膜蛋白質であり、特にNa+ポンプは高血圧や心不全、癌、神経疾患等に深くかかわる、医学的にも極めて重要な膜蛋白質である。Ca2+ポンプは、そのほとんどすべての中間状態の原子構造が明らかになっている唯一の膜蛋白質である。プロトンから脂質二重膜までを含む、原子構造に基づく蛋白質の理解がここまで進んだ蛋白質は無く、学術的価値は極めて高い。また、Na+ポンプと強心ステロイドとの複合体の構造決定により、これまでよりも強力な或いは組織特異的な薬剤開発への道を開くことにも成功した。これは、医学的にも価値ある成果である。
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