GlcNAc転移酵素の多様性と普遍性の構造生物学的研究

• 研究課題/領域番号: 20K06575
• 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: 大阪大学
• 研究代表者: 長江 雅倫 大阪大学, 微生物病研究所, 助教 (60619873)
• 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: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 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: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 構造生物学 / 糖鎖生物学

研究開始時の研究の概要

本研究のコンセプトは、ごくありふれた糖鎖であるNアセチルグルコサミン（GlcNAc）が引き起こす多様な生理応答をGlcNAcを転移する酵素の立体構造を通して明らかにすることである。GlcNAcはグルコースから合成され、細胞内外に豊富に存在する糖質である。GlcNAcは様々なタンパク質に様々な様式で付加され、多様な機能を発揮する。これを担うGlcNAc転移酵素は進化的にかけ離れたものがいくつも存在する。申請者はこの点に着目して、生物がどのような過程を経てGlcNAcを有用に利用できるようになったのかを明らかにしたい。

研究成果の概要

Nアセチルグルコサミン（以下、GlcNAc）はグルコースから合成されるアミノ糖で、生体内に豊富に存在する。GlcNAcは進化的に異なる複数のGlcNAc転移酵素によって様々な修飾様式で蛋白質に付加される。これまで立体構造からその共通性と独自性に着目した研究はほとんど報告がない。そこで本研究は三つのGlcNAc転移酵素、GnT-IVa, GnT-V, EOGTに焦点を当てて、基質認識および反応機構の解明に取り組んだ。その結果、GnT-IVaに新しい機能ドメインがあることを発見した。またGnT-Vの基質糖蛋白質に関わる残基を特定した。さらにEOGTの結晶化に世界に先駆けて成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

GlcNAc転移酵素は多様なファミリーから構成される糖転移酵素群であり、その生理機能は多岐に渡っており、関連する疾患も複数存在する。本研究が対象としたGnT-IVaは膵臓のβ細胞上のグルコースの取り込みを調節することが知られており、II型糖尿病への関与が報告されている。またGnT-Vの過剰発現は細胞のがん化に関与することが知られている。さらにEOGTは難病であるAdams-Oliver症候群の原因遺伝子である。本研究はこれらの酵素の共通性と独自性を明らかにすることを目指しており、その成果はこれらの酵素の制御、ひいては疾患の制御につながることが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Discovery of a lectin domain that regulates enzyme activity in mouse N-acetylglucosaminyltransferase-IVa (MGAT4A) (2022)
  • 著者名/発表者名: Nagae Masamichi、Hirata Tetsuya、Tateno Hiroaki、Mishra Sushil K.、Manabe Noriyoshi、Osada Naoko、Tokoro Yuko、Yamaguchi Yoshiki、Doerksen Robert J.、Shimizu Toshiyuki、Kizuka Yasuhiko
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 5 号: 1 ページ: 695-695
  • DOI: 10.1038/s42003-022-03661-w
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Examination of differential glycoprotein preferences of N-acetylglucosaminyltransferase-IV isozymes a and b (2022)
  • 著者名/発表者名: Osada Naoko、Nagae Masamichi、Nakano Miyako、Hirata Tetsuya、Kizuka Yasuhiko
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 298 号: 9 ページ: 102400-102400
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2022.102400
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The stem region of α1,6-fucosyltransferase FUT8 is required for multimer formation but not catalytic activity (2022)
  • 著者名/発表者名: Tomida Seita、Nagae Masamichi、Kizuka Yasuhiko
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 298 号: 12 ページ: 102676-102676
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2022.102676
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Symbiotic bacteria-dependent expansion of MR1-reactive T cells causes autoimmunity in the absence of Bcl11b (2022)
  • 著者名/発表者名: Shibata Kensuke、Motozono Chihiro、Nagae Masamichi、Shimizu Takashi、Ishikawa Eri、Motooka Daisuke、Okuzaki Daisuke、Izumi Yoshihiro、Takahashi Masatomo、Fujimori Nao、Wing James B.、Hayano Takahide、Asai Yoshiyuki、Bamba Takeshi、Ogawa Yoshihiro、Furutani-Seiki Makoto、Shirai Mutsunori、Yamasaki Sho
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 号: 1 ページ: 6948-6948
  • DOI: 10.1038/s41467-022-34802-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Self-referential immune recognition through C-type lectin receptors (2022)
  • 著者名/発表者名: Guenther Carla、Nagae Masamichi、Yamasaki Sho
  • 雑誌名: Adv. Immunol. 巻: 156 ページ: 1-23
  • DOI: 10.1016/bs.ai.2022.09.001
  • ISBN: 9780323989473
  • 査読あり
• [雑誌論文] Human Dectin-1 is O-glycosylated and serves as a ligand for C-type lectin receptor CLEC-2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Haji Shojiro、Ito Taiki、Guenther Carla、Nakano Miyako、Shimizu Takashi、Mori Daiki、Chiba Yasunori、Tanaka Masato、Mishra Sushil K、Willment Janet A、Brown Gordon D、Nagae Masamichi、Yamasaki Sho
  • 雑誌名: eLife 巻: 11
  • DOI: 10.7554/elife.83037
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] N-acetylglucosaminyltransferase-V requires a specific noncatalytic luminal domain for its activity toward glycoprotein substrates. (2022)
  • 著者名/発表者名: Osuka RF, Hirata T, Nagae M, Nakano M, Shibata H, Okamoto R, Kizuka Y.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 298 号: 3 ページ: 101666-101666
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2022.101666
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structure-based design of UDP-GlcNAc analogs as candidate GnT-V inhibitors (2022)
  • 著者名/発表者名: Vibhute Amol M.、Tanaka Hide-nori、Mishra Sushil K.、Osuka Reina F.、Nagae Masamichi、Yonekawa Chizuko、Korekane Hiroaki、Doerksen Robert J.、Ando Hiromune、Kizuka Yasuhiko
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects 巻: 1866 号: 6 ページ: 130118-130118
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2022.130118
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of conserved SARS-CoV-2 spike epitopes that expand public cTfh clonotypes in mild COVID-19 patients (2021)
  • 著者名/発表者名: Lu X, Hosono Y, Nagae M, Ishizuka S, Ishikawa E, Motooka D, Ozaki Y, Sax N, Maeda Y, Kato Y, Morita T, Shinnakasu R, Inoue T, Onodera T, Matsumura T, Shinkai M, Sato T, Nakamura S, Mori S, Kanda T, Nakayama EE, Shioda T, Kurosaki T, Takeda K, Kumanogoh A, Arase H, Nakagami H, Yamashita K, Takahashi Y, Yamasaki S.
  • 雑誌名: J Exp Med. 巻: 218 号: 12
  • DOI: 10.1084/jem.20211327
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 3D Structure and Function of Glycosyltransferases Involved in N-glycan Maturation (2020)
  • 著者名/発表者名: Nagae Masamichi、Yamaguchi Yoshiki、Taniguchi Naoyuki、Kizuka Yasuhiko
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 21 号: 2 ページ: 437-437
  • DOI: 10.3390/ijms21020437
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural insight into the recognition of pathogen-derived phosphoglycolipids by C-type lectin receptor DCAR (2020)
  • 著者名/発表者名: Omahdi Zakaria、Horikawa Yuto、Nagae Masamichi、Toyonaga Kenji、Imamura Akihiro、Takato Koichi、Teramoto Takamasa、Ishida Hideharu、Kakuta Yoshimitsu、Yamasaki Sho
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 295 号: 17 ページ: 5807-5817
  • DOI: 10.1074/jbc.ra120.012491
  • 査読あり
• [雑誌論文] The SH3 domain in the fucosyltransferase FUT8 controls FUT8 activity and localization and is essential for core fucosylation (2020)
  • 著者名/発表者名: Tomida Seita、Takata Misaki、Hirata Tetsuya、Nagae Masamichi、Nakano Miyako、Kizuka Yasuhiko
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 295 号: 23 ページ: 7992-8004
  • DOI: 10.1074/jbc.ra120.013079
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Differential Labeling of Glycoproteins with Alkynyl Fucose Analogs (2020)
  • 著者名/発表者名: Ma Chenyu、Takeuchi Hideyuki、Hao Huilin、Yonekawa Chizuko、Nakajima Kazuki、Nagae Masamichi、Okajima Tetsuya、Haltiwanger Robert S.、Kizuka Yasuhiko
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 21 号: 17 ページ: 6007-6007
  • DOI: 10.3390/ijms21176007
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Recognition of glycan and protein substrates by N-acetylglucosaminyltransferase-V (2020)
  • 著者名/発表者名: Hirata Tetsuya、Nagae Masamichi、Osuka Reina F.、Mishra Sushil K.、Yamada Mayumi、Kizuka Yasuhiko
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects 巻: 1864 号: 12 ページ: 129726-129726
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2020.129726
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] True significance of N-acetylglucosaminyltransferases GnT-III, V and α1,6 fucosyltransferase in epithelial-mesenchymal transition and cancer (2020)
  • 著者名/発表者名: Taniguchi Naoyuki、Ohkawa Yuki、Maeda Kento、Harada Yoichiro、Nagae Masamichi、Kizuka Yasuhiko、Ihara Hideyuki、Ikeda Yoshitaka
  • 雑誌名: Molecular Aspects of Medicine 巻: in press ページ: 100905-100905
  • DOI: 10.1016/j.mam.2020.100905
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural studies of reelin N-terminal region provides insights into a unique structural arrangement and functional multimerization (2020)
  • 著者名/発表者名: Nagae Masamichi、Suzuki Kei、Yasui Norihisa、Nogi Terukazu、Kohno Takao、Hattori Mitsuharu、Takagi Junichi
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: mvaa144 号: 5 ページ: 1-41
  • DOI: 10.1093/jb/mvaa144
  • NAID: 40022623693
  • 査読あり
• [学会発表] レクチン受容体による結晶性物質の認識機構に関する構造基盤の解明 (2022)
  • 著者名/発表者名: 長江雅倫、森正太郎、山﨑晶
  • 学会等名: 第41回日本糖質学会年会
• [学会発表] Structural basis of antigen recognition by distinct public TCRs recognizing an identical epitope conserved across SARS-CoV-2 variants (2022)
  • 著者名/発表者名: Masamichi Nagae, Shotaro Mori, Taiki Ito, Xiuyuan, Lu, Sho Yamasaki
  • 学会等名: 第51回日本免疫学会年会