細菌感染に対する新規自然免疫シグナル伝達の構造生物学的研究

• 研究課題/領域番号: 21K06514
• 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47020:薬系分析および物理化学関連
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 中村 照也 熊本大学, 大学院生命科学研究部(薬), 准教授 (40433015)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2025-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2021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 / 細胞シグナル伝達

研究開始時の研究の概要

ヒトの細胞では、病原体の持つ特有の分子を検出して、そのシグナルを細胞内へと伝達することで免疫系が活性化される。近年、細菌の新規代謝産物が免疫の要となる転写因子NF-kBを活性化することが報告された。本研究では、このシグナル伝達に関わる分子群の複合体の立体構造をX線結晶構造解析などの構造生物学的手法により決定することで、新規自然免疫シグナル伝達機構を原子レベルで理解し、細菌感染防御機構の基礎的知見を得る。

研究実績の概要

本研究は、細菌に応答して転写因子NF-kBを活性化する新規自然免疫シグナル伝達機構を原子レベルで理解し、細菌感染防御機構の基礎的知見を得ることを目的としている。本シグナル伝達経路では、細菌の代謝産物が細胞内のキナーゼを活性化し、基質タンパク質TIFAがリン酸化を受けることで、ユビキチンリガーゼ複合体が形成され、NF-kBが活性化される。一方、TIFAのホモログタンパク質であるTIFABは、TIFAと結合することで上記シグナルを抑制することが報告されているが、その分子機構は未だ不明であった。我々はゲルろ過実験によりTIFABとTIFAはヘテロ二量体（TIFA/TIFAB）を形成することを明らかにし、TIFA/TIFABのX線結晶構造を1.79 オングストローム分解能で決定した。これまでの実験により、シグナル伝達にはTIFAはホモ二量体化が必須であることを明らかにしているが、今回のTIFA/TIFABの結晶構造から、TIFABはTIFAと結合することで、TIFAのホモ二量体化を阻害してシグナル伝達を抑制することが示唆された。TIFABとTIFAのヘテロ二量体化がシグナル抑制に与える影響を調べるため、TIFA/TIFABの結晶構造をもとにTIFAとの結合能を失った変異型TIFABを調製した。HEK293T細胞を用いて、野生型および変異型TIFABがNF-kBシグナルに与える影響を調べた。その結果、野生型TIFABは細菌代謝産物によるNF-kBの活性化を抑制するのに対し、TIFAとの結合能を失った変異型TIFABはNF-kBの活性化を抑制できなかった。以上のことからTIFABはTIFAとヘテロ二量体を形成することでシグナルを抑制することを明らかにした。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

シグナル抑制分子によるNF-kb活性化の制御機構を解明できたため。

今後の研究の推進方策

さらなる実験を実施すると同時にこれまでに得られた研究成果を学会で発表する。

研究成果

• [雑誌論文] TIFAB regulates the TIFA?TRAF6 signaling pathway involved in innate immunity by forming a heterodimer complex with TIFA (2024)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Teruya、Ohyama Chiaki、Sakamoto Madoka、Toma Tsugumasa、Tateishi Hiroshi、Matsuo Mihoko、Chirifu Mami、Ikemizu Shinji、Morioka Hiroshi、Fujita Mikako、Inoue Jun-ichiro、Yamagata Yuriko
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 121 号: 11
  • DOI: 10.1073/pnas.2318794121
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protonation states of Asp residues in the human Nudix hydrolase MTH1 contribute to its broad substrate recognition (2023)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Teruya、Koga‐Ogawa Yukari、Fujimiya Kana、Chirifu Mami、Goto Masataka、Ikemizu Shinji、Nakabeppu Yusaku、Yamagata Yuriko
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: in press 号: 13 ページ: 1770-1778
  • DOI: 10.1002/1873-3468.14611
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Visualization of mutagenic nucleotide processing by Escherichia coli MutT, a Nudix hydrolase (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Teruya、Yamagata Yuriko
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 119 号: 21
  • DOI: 10.1073/pnas.2203118119
  • 査読あり
• [雑誌論文] Isolation, Synthesis, and Structure?Activity Relationship Study on Daphnane and Tigliane Diterpenes as HIV Latency-Reversing Agents (2022)
  • 著者名/発表者名: El-Desoky Ahmed H. H.、Eguchi Keisuke、Kishimoto Naoki、Asano Toshifumi、Kato Hikaru、Hitora Yuki、Kotani Shunsuke、Nakamura Teruya、Tsuchiya Soken、Kawahara Teppei、Watanabe Masato、Wada Mikiyo、Nakajima Makoto、Watanabe Takashi、Misumi Shogo、Tsukamoto Sachiko
  • 雑誌名: Journal of Medicinal Chemistry 巻: 65 号: 4 ページ: 3460-3472
  • DOI: 10.1021/acs.jmedchem.1c01973
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A mannosylated ,PEGylated albumin as a drug delivery system for the treatment of cancer stroma cells. (2021)
  • 著者名/発表者名: Mizuta Y, Maeda H, Ishima T, Minayoshi Y, Ichimizu S, Kinoshita R, Fujita I, Kai T, Hirata H, Nakamura T, Saruwari J, Arima H, Watanabe H, Otagiri M, Maruyama T
  • 雑誌名: Adv Funct Mater 巻: 31 号: 43 ページ: 2104136-2104136
  • DOI: 10.1002/adfm.202104136
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular recognition of a single-chain Fv antibody specific for GA-pyridine, an advanced glycation end-product (AGE), elucidated using biophysical techniques and synthetic antigen analogues. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kobashigawa, Y., Ohara, T., Morita, K., Toyota, Y., Nakamura, T., Kotani. S., Arimori, T., Yamauchi, S., Liu, C., Kitazaki, M., Wakeyama-Miyazaki, Y., Suwa, Y., Uchida-Kamekura, M., Fukuda, N., Sato, T., Nakajima, M., Takagi, J., Yamagata, Y., and Morioka, H
  • 雑誌名: J. Biochem 巻: 170 号: 3 ページ: 379-387
  • DOI: 10.1093/jb/mvab056
  • NAID: 40022721879
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structure of the mammalian adenine DNA glycosylase MUTYH: insights into the base excision repair pathway and cancer (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Teruya、Okabe Kohtaro、Hirayama Shogo、Chirifu Mami、Ikemizu Shinji、Morioka Hiroshi、Nakabeppu Yusaku、Yamagata Yuriko
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 49 号: 12 ページ: 7154-7163
  • DOI: 10.1093/nar/gkab492
  • NAID: 120007119905
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] RAD18 mediates DNA double-strand break-induced ubiquitination of chromatin protein (2021)
  • 著者名/発表者名: Mustofa Md Kawsar、Tanoue Yuki、Chirifu Mami、Shimasaki Tatsuya、Tateishi Chie、Nakamura Teruya、Tateishi Satoshi
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: in press 号: 1 ページ: 33-40
  • DOI: 10.1093/jb/mvab010
  • NAID: 40022722273
  • 査読あり
• [学会発表] ヒト酸化ヌクレオチド加水分解酵素の活性部位のプロトン化状態と幅広い基質特異性の関係 (2024)
  • 著者名/発表者名: 小川由香里, 藤宮佳菜, 池鯉鮒麻美, 後藤大空, 池水信二, 中別府雄作, 山縣ゆり子, 中村照也
  • 学会等名: 日本薬学会 第144年会
• [学会発表] ヒトMTH1の幅広い基質認識におけるAsp残基のプロトン化状態 (2023)
  • 著者名/発表者名: 小川由香里, 藤宮佳菜, 池鯉鮒麻美, 後藤大空, 池水信二, 中別府雄作, 山縣ゆり子, 中村照也
  • 学会等名: 第96回日本生化学会大会
• [学会発表] ヒト酸化ヌクレオチド加水分解酵素による酸化dNTPおよび酸化rNTP認識の構造学的基盤 (2023)
  • 著者名/発表者名: 興梠利彦, 藤宮佳菜, 平田啓介, 池鯉鮒麻美, 池水信二, 山縣ゆり子, 中村照也
  • 学会等名: 日本薬学会 第143年会
• [学会発表] 酵素反応機構の精密解析を目指して (2022)
  • 著者名/発表者名: 中村照也
  • 学会等名: 第95回日本生化学大会
  • 招待講演
• [学会発表] Time-resolved X-ray crystallography of E. coli MutT, a Nudix hydrolase (2022)
  • 著者名/発表者名: 中村照也, 山縣ゆり子
  • 学会等名: 第60回日本生物物理学会年会
  • 国際学会
• [学会発表] DNAの酸化損傷の回避・修復機構の構造学的研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 中村照也
  • 学会等名: 第81回SPring-8 先端利用技術ワークショップ / 大阪大学蛋白質研究所セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] ヒト酸化ヌクレオチド加水分解酵素によるヌクレオチド結合の構造学的研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 興梠利彦, 藤宮佳菜, 平田啓介, 池鯉鮒麻美, 池水信二, 山縣ゆり子, 中村照也
  • 学会等名: フォーラム2022：衛生薬学・環境トキシコロジー
• [学会発表] TIFAを介した自然免疫シグナル伝達機構の構造生物学的研究 (2022)
  • 著者名/発表者名: 中村照也
  • 学会等名: 日本薬学会 第142年会
• [学会発表] タンパク質-リガンド間相互作用を水素原子レベルで視る (2021)
  • 著者名/発表者名: 中村照也
  • 学会等名: 理化学研究所・熊本大学合同 生命科学領域DXシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 哺乳類由来アデニンDNAグリコシラーゼMUTYHのX線結晶構造 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中村照也
  • 学会等名: 日本結晶学会 令和3年度年会
• [学会発表] MUTYHとPCNAによる酸化損傷DNA修復機構の構造生物学的研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岡部航太郎
  • 学会等名: 第38回日本薬学会九州山口支部大会
• [学会発表] X線・中性子構造解析を用いた酵素反応機構の研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中村照也
  • 学会等名: 第94回日本生化学大会
  • 招待講演