「化学ケージ結晶化法」による膜タンパク質X線結晶構造解析

• 研究課題/領域番号: 20K06505
• 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43020:構造生物化学関連
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 名倉 淑子 (中田) 京都大学, 高等研究院, 特定助教 (70799220)
• 研究分担者: 藤川 鷹王 京都大学, 高等研究院, 研究員 (70839688)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円); 2020年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: 膜タンパク質 / 化学ケージ / 分子自己集合 / 構造解析 / 固定化タグ / X線結晶構造解析

研究開始時の研究の概要

本研究では、「分子の自己集合技術」を駆使し、膜タンパク質を内包する化学ケージを用いた結晶化法の方法論を確立する。
膜タンパク質の結晶化は非常に困難で、克服するために様々な手法が構築されているものの、未だハードルは高く新たな方法論が切望される。そこで、私達が開発した化学ケージにタンパク質を内包させる「化学ータンパク質ハイブリッド分子」を膜タンパク質のX線結晶構造解析に応用する。
A2aアデノシン受容体を含む３種のタンパク質を用いて、化学ケージ内に均一に内包し、実際に結晶化してその構造を解析する。この構造と既知の構造が一致することを確認し、革新的な「化学ケージ結晶化法」の有用性と汎用性を実証する。

研究成果の概要

「分子の自己集合技術」を駆使し、膜タンパク質を内包する「化学ケージ結晶化法」の確立を目的とし、克服しなくてはいけない下記の課題に取り組んだ。
(1) 化学ケージは有機溶媒中で合成されその環境において安定であるが、膜タンパク質と同じ環境下においても安定に自己集合できるように改変しなくてはならない。水溶液中において安定なケージとその反応の設計、改変を行なった。
(2) ケージに内包された膜タンパク質の構造を解くには、ケージに対する膜タンパク質の位置を均一にする必要がある。ケージ内の定位置に揺らぎなく固定するためのタグ及びリンカーの設計や作製を行い、実際に固定化の確認を行なった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

細胞内外の情報受容伝達、物質の取込みや不要物の排出、エネルギー生産など生命維持に必須な活動に膜タンパク質が果たす役割は多岐に渡り、多くの疾患にも関わっている。しかし、繊細で個性豊かな膜タンパク質の結晶構造解析は難しく、未だ多くの構造未解明な標的があり、既存のアプローチとは異なる革新的な方法論が必要である。化学ケージ結晶化法の利点を活かした方法論が確立できれば、膜タンパク質のX線結晶構造解析が飛躍的に進む。革新的方法論を確立するにあたり、本研究がその礎となり構造機能生物学に大きな貢献をもたらす。