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イオンチャネル巨大複合体のモジュレーション機構

研究課題

研究課題/領域番号 23K23819
補助金の研究課題番号 22H02555 (2022-2023)
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金 (2024)
補助金 (2022-2023)
応募区分一般
審査区分 小区分43020:構造生物化学関連
研究機関東京大学

研究代表者

木瀬 孔明  東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任准教授 (70769611)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2024年度)
配分額 *注記
17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)
2024年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2023年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2022年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
キーワードイオンチャネル
研究開始時の研究の概要

神経細胞や筋細胞の電気活動に必須の役割を果たすイオンチャネルの多くは、多様な制御サブユニットと巨大複合体を形成し、機能の調節(モジュレーション)を受けて生理的機能を獲得する。そのため、制御サブユニットの遺伝子変異はヒトの脳機能や心臓の疾患に関わる。本研究は、イオンチャネル巨大複合体の多様なモジュレーション機構を、クライオ電子顕微鏡によるイオンチャネル複合体の立体構造解析と電気生理学を用いて解明することを目的とする。

研究実績の概要

神経細胞や筋細胞の電気活動に必須の役割を果たすイオンチャネルの多くは、多様な制御サブユニットと巨大複合体を形成し、機能の調節(モジュレーション)を受けて生理的機能を獲得する。そのため、制御サブユニットの遺伝子変異はヒトの脳機能や心臓の疾患に関わる。本研究は、イオンチャネル巨大複合体の多様なモジュレーション機構を、クライオ電子顕微鏡によるイオンチャネル複合体の立体構造解析と電気生理学を用いて解明することを目的とする。
Slo1のγサブユニットによる制御機構を解明するため、カルシウム存在下でのヒト由来野生型Slo1とγ1との複合体構造をクライオ電子顕微鏡で分解能3.2Åで決定した。γ1サブユニットが、膜ドメインとの相互作用によってSlo1の電位依存性を、細胞内相互作用によってカルシウム依存性を同時に制御することが示唆された。次に、γ1がカルシウム非依存的にRCK1のコンフォメーションを活性化型に変化させるのかについて検証するために、RCK1のカルシウム結合部位に変異を導入したSlo1変異体(Slo1(RCK1))を作成し、Slo1(RCK1)単体、および γ1との複合体構造をそれぞれ分解能3.7Å、4.1Åで決定した。両者の構造を比較した結果、γ1依存的(複合体構造でのみ)、かつカルシウム非依存的に、RCK1が活性化型コンフォメーションを取りS6ゲートが開構造を取ることが明らかになり、上述のモデルをさらにサポートする結果が得られた。さらにγ1のArgクラスターの変異体とSlo1(RCK1)変異体との複合体構造を決定することで、γ1のArgクラスターがSlo1カルシウム依存性のモジュレーターであることを検証した。最後に、Slo1-γ1相互作用に重要なアミノ酸残基に変異を導入し、電気生理解析からモジュレーションの効果を検証し、構造と機能の相関を裏付け、論文に発表した。

現在までの達成度 (区分)
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

Slo1のγサブユニットによる制御機構を解明するため、ヒト由来野生型および変異型Slo1とγ1との複合体構造をクライオ電子顕微鏡で決定した。Slo1-γ1相互作用に重要なアミノ酸残基に変異を導入し、電気生理解析からモジュレーションの効果を検証し、構造と機能の相関を裏付け、論文に発表した。

今後の研究の推進方策

電位-pH依存性Slo3とLRRCサブユニットの複合体をはじめとした、イオンチャネル複合体構造解析に取り組む。

報告書

(1件)
  • 2022 実績報告書
  • 研究成果

    (17件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 4件、 査読あり 6件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件、 招待講演 3件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] The University of British Columbia(カナダ)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Vilnius University(リトアニア)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Wageningen University(オランダ)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Structure of full-length ERGIC-53 in complex with MCFD2 for cargo transport2024

    • 著者名/発表者名
      Watanabe Satoshi、Kise Yoshiaki、Yonezawa Kento、Inoue Mariko、Shimizu Nobutaka、Nureki Osamu、Inaba Kenji
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 15 号: 1 ページ: 2404-2404

    • DOI

      10.1038/s41467-024-46747-1

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Structural basis for lysophosphatidylserine recognition by GPR342024

    • 著者名/発表者名
      Izume Tamaki、Kawahara Ryo、Uwamizu Akiharu、Chen Luying、Yaginuma Shun、Omi Jumpei、Kawana Hiroki、Hou Fengjue、Sano Fumiya K.、Tanaka Tatsuki、Kobayashi Kazuhiro、Okamoto Hiroyuki H.、Kise Yoshiaki、Ohwada Tomohiko、Aoki Junken、Shihoya Wataru、Nureki Osamu
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 15 号: 1 ページ: 902-902

    • DOI

      10.1038/s41467-024-45046-z

    • 関連する報告書
      2022 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] Dual allosteric modulation of voltage and calcium sensitivities of the Slo1-LRRC channel complex2023

    • 著者名/発表者名
      Yamanouchi Daichi、Kasuya Go、Nakajo Koichi、Kise Yoshiaki、Nureki Osamu
    • 雑誌名

      Molecular Cell

      巻: 83 号: 24 ページ: 4555-4569.e4

    • DOI

      10.1016/j.molcel.2023.11.005

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] An AsCas12f-based compact genome-editing tool derived by deep mutational scanning and structural analysis2023

    • 著者名/発表者名
      Hino Tomohiro、Omura Satoshi N.、Nakagawa Ryoya、Togashi Tomoki、Takeda Satoru N.、Hiramoto Takafumi、Tasaka Satoshi、Hirano Hisato、Tokuyama Takeshi、Uosaki Hideki、Ishiguro Soh、Kagieva Madina、Yamano Hiroyuki、Ozaki Yuki、Motooka Daisuke、Mori Hideto、Kirita Yuhei、Kise Yoshiaki et al.
    • 雑誌名

      Cell

      巻: 186 号: 22 ページ: 4920-4935

    • DOI

      10.1016/j.cell.2023.08.031

    • 関連する報告書
      2022 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] Mechanistic and evolutionary insights into a type V-M CRISPR?Cas effector enzyme2023

    • 著者名/発表者名
      Omura Satoshi N.、Nakagawa Ryoya、S?dfeld Christian、Villegas Warren Ricardo、Wu Wen Y.、Hirano Hisato、Laffeber Charlie、Kusakizako Tsukasa、Kise Yoshiaki、Lebbink Joyce H. G.、Itoh Yuzuru、van der Oost John、Nureki Osamu
    • 雑誌名

      Nature Structural and Molecular Biology

      巻: 30 号: 8 ページ: 1172-1182

    • DOI

      10.1038/s41594-023-01042-3

    • 関連する報告書
      2022 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] Cryo-EM structure of the transposon-associated TnpB enzyme2023

    • 著者名/発表者名
      Nakagawa Ryoya、Hirano Hisato、Omura Satoshi N.、Nety Suchita、Kannan Soumya、Altae-Tran Han、Yao Xiao、Sakaguchi Yuriko、Ohira Takayuki、Wu Wen Y.、Nakayama Hiroshi、Shuto Yutaro、Tanaka Tatsuki、Sano Fumiya K.、Kusakizako Tsukasa、Kise Yoshiaki et al.
    • 雑誌名

      Nature

      巻: 616 号: 7956 ページ: 390-397

    • DOI

      10.1038/s41586-023-05933-9

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] クライオ電子顕微鏡によるイオンチャネル複合体の作動機構の理解と創薬への試み2023

    • 著者名/発表者名
      木瀬 孔明
    • 学会等名
      2023年度 日本薬理学会西南部会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] クライオ電子顕微鏡を用いたイオンチャネル複合体の作動機構解明と創薬への試み2023

    • 著者名/発表者名
      木瀬 孔明
    • 学会等名
      INGEM & ToMMoセミナーシリーズ第28回
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Dual allosteric modulation of voltage and calcium sensitivities of the Slo1-LRRC channel complex2023

    • 著者名/発表者名
      Yamanouchi D, Kasuya G, Nakajo K, Kise Y, Nureki O
    • 学会等名
      Structure, Function, and Dynamics Conference, 2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Structural study of SARS-CoV2 RdRp- aptamer complex2023

    • 著者名/発表者名
      Shin Mukai, Chieko Harada, Kazuhiro Sawada, Yoshiaki Kise, Osamu Nureki
    • 学会等名
      Structure, Function, and Dynamics Conference, 2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 電位依存性カリウムチャネル複合体の制御機構2022

    • 著者名/発表者名
      木瀬 孔明
    • 学会等名
      2022年度BINDSユニット連携講習会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Structural basis of modulation of Kv4 channel complexes2022

    • 著者名/発表者名
      Kise Y, Kasuya G, Okamoto H, Yamanouchi D, Kobayashi K, Kusakizako T, Nishizawa T, Nureki O
    • 学会等名
      Ion Channels Gordon Research Conferences, 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Structural basis for dual allosteric gating modulation of subunit complex2022

    • 著者名/発表者名
      Yamanouchi D, Kasuya G, Nakajo K, Kise Y, Nureki O
    • 学会等名
      Ion Channels Gordon Research Conferences, 2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [図書] クライオ電子顕微鏡ハンドブック Kv4電位依存性カリウムチャネル複合体におけるゲート開閉制御機構2023

    • 著者名/発表者名
      木瀬 孔明 濡木 理
    • 総ページ数
      427
    • 出版者
      エヌ・ティー・エス出版
    • ISBN
      4860438043
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2024-12-25  

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