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高次元NMRデータ解析法の開発およびGPCRの機能解明への応用

公募研究

研究領域スパースモデリングの深化と高次元データ駆動科学の創成
研究課題/領域番号 16H01531
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 複合領域
研究機関東京大学

研究代表者

上田 卓見  東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (20451859)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
2017年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円)
2016年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
キーワードNMR / GPCR / 構造生物学 / 膜蛋白質 / マルコフ連鎖モンテカルロ法 / 機械学習 / スパースモデリング
研究実績の概要

アレスチンシグナルをより強く活性化することが知られている、二種類目のバイアスリガンドが結合した状態における、重水素化とメチオニン選択標識を両方施したb2アドレナリン受容体のNMRスペクトルを取得した。その結果、M82およびM215のシグナルの化学シフトが、通常のリガンド結合時と比べて変化することが明らかとなった。そこで、これまでに観測した、各リガンドが結合した状態のM82およびM215のNMRシグナルと対応する構造平衡モデルを、昨年度開発したマルコフ連鎖モンテカルロ法に基づく手法を利用して探索した。その結果、バイアスリガンド結合状態を含む各状態のNMRシグナルの化学シフトおよび線幅を良く再現する構造平衡モデルを得ることができた。さらに、開発した手法を原核生物の走温性を制御するCheA-CheY複合体のNMRスペクトルの解析に適用した。その結果、CheAのP1ドメインがCheYと結合した状態と解離した状態の平衡定数の最適値と誤差を算出することができた。この結果から、温度が283 Kから303 Kに上昇すると、複合体の平衡がCheAのP1ドメインがCheYと解離した状態に偏ることが明らかとなった。さらに、温度依存的な平衡の変化の影響を、シグナル伝達反応全体の数理シミュレーションにより検証した結果、このCheA-CheY複合体における平衡のシフトが、低温時において、温度が高い方に細胞が移動する現象を説明できることが示された。以上のCheA-CheY複合体の解析の結果を、投稿論文に発表した(Minato et al., Sci. Rep. 2017)。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 2件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Phosphorylation-induced conformation of β2-adrenoceptor related to arrestin recruitment revealed by NMR2018

    • 著者名/発表者名
      Yutaro Shiraishi, Mei Natsume, Yutaka Kofuku, Shunsuke Imai, Kunio Nakata, Toshimi Mizukoshi, Takumi Ueda, Hideo Iwai, Ichio Shimada
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 9 号: 1 ページ: 164-164

    • DOI

      10.1038/s41467-017-02632-8

    • 関連する報告書
      2017 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] Deuteration and Selective Labeling of Alanine Methyl Groups of β 2-Adrenergic Receptor Expressed in a Baculovirus-Insect Cell Expression System2018

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Kofuku, Tomoki Yokomizo, Shunsuke Imai, Yutaro Shiraishi, Mei Natsume, Hiroaki Itoh, Masayuki Inoue, Kunio Nakata, Shunsuke Igarashi, Hideyuki Yamaguchi, Toshimi Mizukoshi, Ei-Ichiro Suzuki, Takumi Ueda, Ichio Shimada
    • 雑誌名

      Journal of Biomolecular NMR

      巻: 印刷中 号: 3 ページ: 185-192

    • DOI

      10.1007/s10858-018-0174-5

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dynamic domain arrangement of CheA-CheY complex regulates bacterial thermotaxis, as revealed by NMR2017

    • 著者名/発表者名
      YuYuichi Minato, Takumi Ueda, Asako Machiyama, Hideo Iwai, Ichio Shimada
    • 雑誌名

      as revealed by NMR Scientific Reports

      巻: 7 号: 1 ページ: 16462-16462

    • DOI

      10.1038/s41598-017-16755-x

    • 関連する報告書
      2017 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] Conductance of P2X4 purinergic receptor is determined by conformational equilibrium in the transmembrane region2016

    • 著者名/発表者名
      Yuichi Minato, Shiho Suzuki, Tomoaki Hara, Yutaka Kofuku, Go Kasuya, Yuichiro Fujiwara, Shunsuke Igarashi, Ei-ichiro Suzuki, Osamu Nureki, Motoyuki Hattori, Takumi Ueda, Ichio Shimada
    • 雑誌名

      Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.

      巻: 113 ページ: 4741-4746

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Functional dynamics of membrane proteins revealed by NMR2017

    • 著者名/発表者名
      上田 卓見、嶋田 一夫
    • 学会等名
      第55回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 安定同位体標識法の応用による、蛋白質の動的構造の解明2017

    • 著者名/発表者名
      上田 卓見、嶋田 一夫
    • 学会等名
      第56回NMR討論会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Conductance of P2X4 purinergic receptor is determined by conformational equilibrium in the transmembrane region2017

    • 著者名/発表者名
      Takumi Ueda, Yuichi Minato, Shiho Suzuki, Tomoaki Hara, Yutaka Kofuku, Go Kasuya, Yuichiro Fujiwara, Shunsuke Igarashi, Ei-ichiro Suzuki, Osamu Nureki, Motoyuki Hattori, Takumi Ueda, Ichio Shimada
    • 学会等名
      58th Experimental Nuclear Magnetic Resonance Conference
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考] プレスリリース 医薬品の副作用を引き起こす受容体分子の構造変化を解明

    • URL

      https://www.amed.go.jp/news/release_20180115.html

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2016-04-26   更新日: 2018-12-17  

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