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薬剤開発を視野に入れた膜輸送体の構造研究

研究課題

研究課題/領域番号 23000014
研究種目

特別推進研究

配分区分補助金
審査区分 生物系
研究機関東京大学

研究代表者

豊島 近  東京大学, 分子細胞生物学研究所, 教授 (70172210)

研究分担者 小川 治夫  東京大学, 分子細胞生物学研究所, 准教授 (40292726)
三村 久敏  東京大学, 分子細胞生物学研究所, 助教 (30463904)
金井 隆太  東京大学, 分子細胞生物学研究所, 助教 (50598472)
椛島 佳樹  東京大学, 分子細胞生物学研究所, 助教 (00580573)
研究協力者 Inesi Giuseppe  カリフォルニアパシフィック医学センター研究所, 教授
Vilsen Bente  オルフス大学, 教授
Cornelius Flemming  オルフス大学, 教授
Karlish Steven  ワイズマン研究所, 教授
研究期間 (年度) 2011 – 2016
研究課題ステータス 完了 (2016年度)
配分額 *注記
519,480千円 (直接経費: 399,600千円、間接経費: 119,880千円)
2015年度: 89,050千円 (直接経費: 68,500千円、間接経費: 20,550千円)
2014年度: 89,050千円 (直接経費: 68,500千円、間接経費: 20,550千円)
2013年度: 129,480千円 (直接経費: 99,600千円、間接経費: 29,880千円)
2012年度: 105,170千円 (直接経費: 80,900千円、間接経費: 24,270千円)
2011年度: 106,730千円 (直接経費: 82,100千円、間接経費: 24,630千円)
キーワードイオンポンプ / 膜蛋白質 / 結晶解析 / エネルギー変換 / エネルギー交換
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第一の目標とし、Ca^<2+>ポンプと医学的にはより重要ともいえるNa^+ポンプの結晶構造解析によって、イオンポンプは「どうしてそういう構造をとる必要があるのか」を追求した。その結果、長く待たれていたCa^<2+>ポンプのE1 状態の結晶化に成功し、調節蛋白質サルコリピンによるポンプ制御機構の解明にも成功した。また、Na^+ポンプのNa^+結合状態の初の構造決定に成功し、精緻なイオン選択機構を解明するとともに、強心ステロイドとの複合体の構造決定を行い、組織特異的薬剤開発への道を開いた。さらに、4状態のCa^<2+>ポンプ結晶中の脂質二重膜の可視化に成功し、燐脂質との相互作用の詳細を解明した。

評価記号
検証結果 (区分)

A

評価記号
評価結果 (区分)

A: 当初目標に向けて順調に研究が進展しており、期待どおりの成果が見込まれる

報告書

(10件)
  • 2017 研究進捗評価(検証) ( PDF )
  • 2016 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書   研究概要(研究進捗評価) ( PDF )   研究進捗評価(評価結果) ( PDF )
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 2011 実績報告書
  • 研究成果

    (47件)

すべて 2017 2016 2015 2014 2013 2011 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (18件) (うち国際共著 2件、 査読あり 18件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 3件、 招待講演 13件) 備考 (4件)

  • [国際共同研究] Aarhus大学(デンマーク)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] Weizmann研究所(イスラエル)

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [国際共同研究] Aarhus大学(デンマーク)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [国際共同研究] Weizmann研究所(イスラエル)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] Protein-lipid interplay revealed with crystals of a Calcium pump2017

    • 著者名/発表者名
      Norimatsu, Y and Toyoshima, C
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 545 号: 7653 ページ: 193-198

    • DOI

      10.1038/nature22357

    • 説明
      掲載確定
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Mn^<2+> transport by Ca^<2+>-ATPase of sarcoplasmic reticulum2016

    • 著者名/発表者名
      Yonekura, SI and Toyoshima, C
    • 雑誌名

      FEBS Letters

      巻: 590 号: 14 ページ: 2086-2095

    • DOI

      10.1002/1873-3468.12244

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] The road to understanding an ion pump2016

    • 著者名/発表者名
      Toyoshima, C
    • 雑誌名

      PHYSICA SCRIPTA

      巻: 91 号: 4 ページ: 042501-042501

    • DOI

      10.1088/0031-8949/91/4/042501

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Functional analysis of SERCA1b, a highly expressed SERCA1 variant in myotonic dystrophy type 1 muscle2015

    • 著者名/発表者名
      Zhao, Y., Ogawa, H., Yonekura, S., Mitsuhashi, H., Mitsuhashi, S., Nishino, I., Toyoshima, C., Ishiura, S.
    • 雑誌名

      Biochim. Biophys. Acta.

      巻: 1852 号: 10 ページ: 2042-2047

    • DOI

      10.1016/j.bbadis.2015.07.006

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] General and specific lipid-protein interactions in Na, K-ATPase2015

    • 著者名/発表者名
      F. Cornelius, M. Habeck, R. Kanai, C. Toyoshima and S. J. D. Karlish
    • 雑誌名

      Biochimica et Biophysica Acta-Biomembranes

      巻: 1848 号: 9 ページ: 1729-1743

    • DOI

      10.1016/j.bbamem.2015.03.012

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Sequential substitution of K+ bound to Na+,K+-ATPase visualized by X-ray crystallography2015

    • 著者名/発表者名
      Ogawa, H., Cornelius, F., Hirata, A., Toyoshima, C.
    • 雑誌名

      Nat Commun.

      巻: 6 号: 1 ページ: 8004-8004

    • DOI

      10.1038/ncomms9004

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Biselyngbyasides, Cytotoxic Marine Macrolides, are Novel and Potent Inhibitors of the Ca2+ Pumps with a Unique Mode of Binding2015

    • 著者名/発表者名
      Morita, M., Ogawa, H., Ohno, O., Yamori, T., Suenaga, K., Toyoshima, C.
    • 雑誌名

      FEBS Lett.

      巻: 589 号: 13 ページ: 1406-1411

    • DOI

      10.1016/j.febslet.2015.04.056

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Biselyngbyasides, cytotoxic marine macrolides, are novel and potent inhibitors of the Ca^<2+>pumps with a unique mode of binding2015

    • 著者名/発表者名
      M. Morita, H. Ogawa, 0. Ohno, T. Yamori, K. Suenaga, C. Toyoshima
    • 雑誌名

      FEBS Letters

    • 説明
      【掲載確定】 印刷中
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electron crystallography of ultrathin 3D protein crystals : Atomic models with charges2015

    • 著者名/発表者名
      K. Yonekura, K. Kato, M. Ogasawara, M. Tomita and C. Toyoshima
    • 雑誌名

      Proc. Nat. Acad. Sci. USA

      巻: 112 号: 11 ページ: 3368-3373

    • DOI

      10.1073/pnas.1500724112

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stimulation, inhibition or stabilization of Na, K-ATPase caused by specific lipid interactions at distinct sites2015

    • 著者名/発表者名
      M. Habeck, H. Haviv, A. Katz, E. Kapri-Pardes, S. Ayciriex, A. Shevchenko, H. Ogawa, C. Toyoshima, and S.J.D. Karlish
    • 雑誌名

      J. Biol. Chem.

      巻: 290 号: 8 ページ: 4829-4842

    • DOI

      10.1074/jbc.m114.611384

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ATPase-dependent auto-phosphorylation of the open condensin hinge diminishes DNA binding2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Akai, R. Kanai, N. Nakazawa, M. Ebe, C. Toyoshima and M. Yanagida
    • 雑誌名

      Open Biol.

      巻: 4 号: 12 ページ: 140193-140193

    • DOI

      10.1098/rsob.140193

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Crystal structure of a Na^+-bound Na^+, K^+-ATPase preceding the E1P state.2013

    • 著者名/発表者名
      R. Kanai, H. Ogawa, B. Vilsen, F. Cornelius and C. Toyoshima
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 502 号: 7470 ページ: 201-206

    • DOI

      10.1038/nature12578

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] New crystal structures of PII-type ATPases : Excitement continues.2013

    • 著者名/発表者名
      C. Toyoshima and F. Cornelius
    • 雑誌名

      Curr. Opinion Struct. Biol.

      巻: 23 号: 4 ページ: 507-514

    • DOI

      10.1016/j.sbi.2013.06.005

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Crystal structures of the calcium pump and sarcolipin in the E1·Mg2+ state.2013

    • 著者名/発表者名
      C. Toyoshima
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 495 号: 7440 ページ: 260-264

    • DOI

      10.1038/nature11899

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Neutral phospholipids stimulate Na,K-ATPase activity: a specific lipid-protein interaction2013

    • 著者名/発表者名
      H. Haviv
    • 雑誌名

      J. Biol. Chem.

      巻: 288 号: 14 ページ: 10073-10081

    • DOI

      10.1074/jbc.m112.446997

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A structural view on the functional importance of the sugar moiety and steroid hydroxyls of cardiotonic steroids in binding to Na,K-ATPase.2013

    • 著者名/発表者名
      F. Cornelius
    • 雑誌名

      J. Biol. Chem.

      巻: 288 ページ: 6602-6616

    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] First crystal structures of Na^+, K^+-ATPase : New light on the oldest ion pump2011

    • 著者名/発表者名
      C.Toyoshima, et al.
    • 雑誌名

      Structure

      巻: 19 号: 12 ページ: 1732-1738

    • DOI

      10.1016/j.str.2011.10.016

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Metal fluoride Complexes of Na, K-ATPase2011

    • 著者名/発表者名
      F.Cornelius, et al.
    • 雑誌名

      J.Biol.Chem.

      巻: 286 ページ: 29882-29892

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] カルシウムポンプの構造生物学 - 燐脂質との相互作用2017

    • 著者名/発表者名
      豊島 近
    • 学会等名
      第2回生物構造学研究会
    • 発表場所
      研究社英語センター大会議室(東京都新宿区)
    • 年月日
      2017-03-29
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Protein-Lipid Interplay as Revealed by X-ray Solvent Contrast Modulation with the crystals of Ca^<2+>-ATPases in four different States2017

    • 著者名/発表者名
      豊島 近
    • 学会等名
      IGER International Symposium on Physics of Life
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2017-03-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Large-scale production of mammalian membrane proteins toward determination of high resolution structures2017

    • 著者名/発表者名
      Haruo Ogawa, Chikashi Toyoshima
    • 学会等名
      Biophysical Society 61st Annual Meeting
    • 発表場所
      Ernest N. Morial Convention Center(米国ニューオーリンズ)
    • 年月日
      2017-02-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Ca2+-ポンプ構造研究の最前線2016

    • 著者名/発表者名
      小川治夫、椛島佳樹、豊島近
    • 学会等名
      日本生体エネルギー研究会第42回討論会
    • 発表場所
      名古屋工業大学4号館ホール(愛知県名古屋市)
    • 年月日
      2016-12-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] 高分解能構造解析へ向けた哺乳類由来膜蛋白質の大量生産2016

    • 著者名/発表者名
      小川治夫、村山尚、呉林なごみ、豊島近
    • 学会等名
      第89回 日本生化学会大会シンポジウム
    • 発表場所
      仙台国際センター(宮城県仙台市)
    • 年月日
      2016-09-26
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Stuructural biology of P-type ion translocating ATPases : towards complete understanding of the mechanism2016

    • 著者名/発表者名
      C. Toyoshima
    • 学会等名
      Aminoff Prize Symposium2016
    • 発表場所
      University of Gothenburg (Gothenburg, Sweden)
    • 年月日
      2016-03-30
    • 説明
      【発行確定】
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] X線結晶構造解析によるキネティックス測定 : Na^+, K^+-ATPaseに結合したK^+は段階的に置換される2015

    • 著者名/発表者名
      小川 治夫
    • 学会等名
      日本生体エネルギー研究会 第41回討論会
    • 発表場所
      東京大学(東京都文京区)
    • 年月日
      2015-12-22
    • 説明
      【発表確定】
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [学会発表] Kinetics by X-ray crystallography : sequential substitution of K^+ bound to Na^+, K^+-ATPase2015

    • 著者名/発表者名
      H. Ogawa, A. Hirata, F. Cornelius, C. Toyoshima
    • 学会等名
      第38回日本分子生物学会 第88回日本生化学会合同大会(ワークショップオーガナイザー)
    • 発表場所
      神戸ポートアイランド(兵庫県神戸市)
    • 年月日
      2015-12-02
    • 説明
      【発表確定】
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Sequential substitution of bound K^+ in the transmembrane binding sites of Na^+, K^+-ATPase : Kinetics by X-ray crystallography2015

    • 著者名/発表者名
      H. Ogawa, A. Hirata, F. Cornelius, C. Toyoshima
    • 学会等名
      日本生物物理学会第53回年会シンポジウム「輸送膜タンパク質のダイナミクス」
    • 発表場所
      金沢大学(石川県金沢市)
    • 年月日
      2015-09-15
    • 説明
      【発行確定】
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] イオンポンプ蛋白質の構造生物学とSPring-82015

    • 著者名/発表者名
      豊島 近
    • 学会等名
      SPring-8シンポジウム2015
    • 発表場所
      九州大学(福岡市)
    • 年月日
      2015-09-13
    • 説明
      【発行確定】
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] How Na^+, K^+-ATPase select andpumps sodium across the membrane, Visualization of lipid bilayers in the crystals of calcium pump2015

    • 著者名/発表者名
      C. Toyoshima
    • 学会等名
      2nd NTU Membrane Protein Weeks
    • 発表場所
      台湾大学台北市, 台湾
    • 年月日
      2015-03-23 – 2015-03-25
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] X-ray crystallographic study of Na, K-ATPase in complex with cardiotonic steroids2015

    • 著者名/発表者名
      H. Ogawa, et al.
    • 学会等名
      Biophysical Society 59th Annual Meeting
    • 発表場所
      Baltimore Convension Center Baltimore, アメリカ
    • 年月日
      2015-02-09
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] New crystal structures of Ca^<2+>-ATPase(SERCA) and Na^+, K^+-ATPases2014

    • 著者名/発表者名
      C. Toyoshima
    • 学会等名
      Barcelona BioMed Conference, Transporters and other molecular machines
    • 発表場所
      the Sala Prat de Riba バルセロナ, スペイン
    • 年月日
      2014-11-18
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Na^+, K^+-ATPaseと強心配糖体複合体のX線結晶構造解析2014

    • 著者名/発表者名
      小川治夫
    • 学会等名
      第87回日本生化学会大会
    • 発表場所
      国立京都国際会館(京都府京都市)
    • 年月日
      2014-10-17
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [学会発表] New crystal structures of Ca^<2+>-and Na^+, K^+-ATPases2014

    • 著者名/発表者名
      C. Toyoshima
    • 学会等名
      ASBMB Special Symposia Series, Na, K-ATPase and Related Transport ATPases
    • 発表場所
      De Werelt Conference Centre, Lunteren, オランダ
    • 年月日
      2014-09-01
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] イオンポンプの構造生物学 : 全ての反射点の利用2013

    • 著者名/発表者名
      豊島 近
    • 学会等名
      第13回日本蛋白質科学会年会
    • 発表場所
      とりぎん文化会館(鳥取市)
    • 年月日
      2013-06-14
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Structural Understanding of ion Pumping by P-type ATPases.2013

    • 著者名/発表者名
      C. Toyoshima
    • 学会等名
      Benzon Symposium No. 59
    • 発表場所
      Hotel Skt. Petriコペンハーゲンデンマーク
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Sequential Substitution of Bound K^+ in the Transmembrane Binding Sites of Na^+, K^+-ATPase2011

    • 著者名/発表者名
      H.Ogawa
    • 学会等名
      13TH INTERNATIONAL ATPase CONFERENCE Na, K-ATPase AND RELATED ATPases
    • 発表場所
      Pacific Grove, CA, USA
    • 年月日
      2011-09-28
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] カルシウムATPaseの作動機構の理解と結晶構造解析2011

    • 著者名/発表者名
      豊島近
    • 学会等名
      第84回日本生化学会大会
    • 発表場所
      京都(招待講演)
    • 年月日
      2011-09-22
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Do lipid bilayers follow movements of transmembrane helices? If so, to what extent?2011

    • 著者名/発表者名
      C.Toyoshima
    • 学会等名
      The EMBO Meeting 2011
    • 発表場所
      Vienna, Austria(招待講演)
    • 年月日
      2011-09-12
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Structural study on the calcium ATPase: ion pumping mechanism and its regulation

    • 著者名/発表者名
      C. Toyoshima
    • 学会等名
      The 1st NRPB International Symposium and Workshop for Membrane Proteins
    • 発表場所
      Academia Sinica, Taipei, Taiwan
    • 関連する報告書
      2012 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 東京大学分子細胞生物学研究所膜蛋白質解析研究分野ホームページ

    • URL

      http://www.iam.u-tokyo.ac.jp/StrBiol/index.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書 2015 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.iam.u-tokyo.ac.jp/StrBiol/index.html

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.iam.u-tokyo.ac.jp/StrBiol/index.html

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://www.iam.u-tokyo.ac.jp/StrBiol/index.html

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書

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公開日: 2011-06-18   更新日: 2022-11-04  

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