一回膜貫通型受容体のシグナル伝達の構造基盤

• 研究領域: 数理解析に基づく生体シグナル伝達システムの統合的理解
• 研究課題/領域番号: 17H05991
• 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: 大戸 梅治 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 准教授 (90451856)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 11,700千円 (直接経費: 9,000千円、間接経費: 2,700千円); 2018年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2017年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
• キーワード: シグナル伝達 / 一回膜貫通型受容体 / 構造生物学

研究実績の概要

生体中において一回膜貫通型受容体は種々の局面で重要な役割を果たしている。例えば免疫において微生物など病原体の構成成分は一回膜貫通型受容体であるToll-like receptors (TLRs)などの病原体センサーによって認識され様々な免疫応答を引き起こす。これら一回膜貫通型受容体は、様々な病気の治療薬のターゲットとされている。しかし、一回膜貫通型受容体の機能発現機構は主に細胞外のシグナル受容ドメインと細胞内のシグナル伝達ドメイン個別に研究されてきた。そのため、細胞外ドメインと細胞内ドメインの間で細胞膜を介してどのような協働性が存在してシグナルが伝達されるのかに関する実験的証拠があまりにも乏しいため、現状では前者と後者の間の関連性はほとんど憶測の域を出ない。本課題では，主に全長の受容体を用いてこの細胞外ドメインと細胞内ドメインの協働性を構造生物学的に明らかにし、真の意味でのリガンド認識とシグナル伝達機構を明らかにすることを目的とする。
上記を達成するために、今年度はTLR全長の電顕解析に向けた試料調製に取り組んだ。特にTLR3全長に関して、ナノディスクに再構成する条件の検討を詳細に行った。その結果、１つのナノディスクに対して１分子のTLR3全長を再構成することに成功した。また再構成した試料について、ネガティブ染色電顕観察とクライオ電顕観察を進めた。また、再構成した試料についてリガンドが結合することを確認している。今後、さらに検討を進め、TLR全長の構造解析を目指す。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Toll-like Receptor 9 Contains Two DNA Binding Sites that Function Cooperatively to Promote Receptor Dimerization and Activation (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohto Umeharu、Ishida Hanako、Shibata Takuma、Sato Ryota、Miyake Kensuke、Shimizu Toshiyuki
  • 雑誌名: Immunity 巻: 48 号: 4 ページ: 649-658
  • DOI: 10.1016/j.immuni.2018.03.013
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural basis for species-specific activation of mouse Toll-like receptor 9 (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishida Hanako、Ohto Umeharu、Shibata Takuma、Miyake Kensuke、Shimizu Toshiyuki
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 592 号: 15 ページ: 2636-2646
  • DOI: 10.1002/1873-3468.13176
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Small-Molecule TLR8 Antagonists via Structure-Based Rational Design (2018)
  • 著者名/発表者名: Hu Zhenyi、Tanji Hiromi、Jiang Shuangshuang、Zhang Shuting、Koo Kyoin、Chan Jean、Sakaniwa Kentaro、Ohto Umeharu、Candia Albert、Shimizu Toshiyuki、Yin Hang
  • 雑誌名: Cell Chemical Biology 巻: 25 号: 10 ページ: 1286-1291
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2018.07.004
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Structural analysis of HTL and D14 proteins reveals the basis for ligand selectivity in Striga (2018)
  • 著者名/発表者名: Xu Yuqun、Miyakawa Takuya、Nosaki Shohei、Nakamura Akira、Lyu Ying、Nakamura Hidemitsu、Ohto Umeharu、Ishida Hanako、Shimizu Toshiyuki、Asami Tadao、Tanokura Masaru
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 3947-3947
  • DOI: 10.1038/s41467-018-06452-2
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structural Analyses of Toll-like Receptor 7 Reveal Detailed RNA Sequence Specificity and Recognition Mechanism of Agonistic Ligands (2018)
  • 著者名/発表者名: Zhang Zhikuan、Ohto Umeharu、Shibata Takuma、Taoka Masato、Yamauchi Yoshio、Sato Ryota、Shukla Nikunj M.、David Sunil A.、Isobe Toshiaki、Miyake Kensuke、Shimizu Toshiyuki
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 25 号: 12 ページ: 3371-3381
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.11.081
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mechanisms controlling nucleic acid-sensing Toll-like receptors (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyake Kensuke、Shibata Takuma、Ohto Umeharu、Shimizu Toshiyuki、Saitoh Shin-Ichiroh、Fukui Ryutaro、Murakami Yusuke
  • 雑誌名: International Immunology 巻: 30 号: 2 ページ: 43-51
  • DOI: 10.1093/intimm/dxy016
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Small-molecule inhibition of TLR8 through stabilization of its resting state (2018)
  • 著者名/発表者名: Zhang, S., Hu, Z., Tanji, H., Jiang, S., Das, N, Li, J., Sakaniwa, K., Jin, J., Bian, Y., Ohto, U., Shimizu, T., Yin, H.
  • 雑誌名: Nature Chem. Biol. 巻: 14 号: 1 ページ: 58-64
  • DOI: 10.1038/nchembio.2518
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The crystal structure of the AhRR-ARNT heterodimer reveals the structural basis of the repression of AhR-mediated transcription (2017)
  • 著者名/発表者名: Sakurai, S., Shimizu, T., & *Ohto, U.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 292 号: 43 ページ: 17609-17616
  • DOI: 10.1074/jbc.m117.812974
  • 査読あり
• [雑誌論文] Funiculosin variants and phosphorylated derivatives promote innate immune responses via the Toll-like receptor 4/myeloid differentiation factor-2 complex (2017)
  • 著者名/発表者名: Okamoto N, Mizote K, Honda H, Saeki A, Watanabe Y, Yamaguchi-Miyamoto T, Fukui R, Tanimura N, Motoi Y, Akashi-Takamura S, Kato T, Fujishita S, Kimura T, Ohto U, Shimizu T, Hirokawa T, Miyake K, Fukase K, Fujimoto Y, Nagai Y, Takatsu K
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 292 号: 37 ページ: 15378-15394
  • DOI: 10.1074/jbc.m117.791780
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Towards a structural understanding of nucleic acid-sensing Toll-like receptors in the innate immune system (2017)
  • 著者名/発表者名: Zhang, Z., Ohto, U., & Shimizu, T.
  • 雑誌名: FEBS letters. 巻: 591 号: 20 ページ: 3167-3181
  • DOI: 10.1002/1873-3468.12749
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conservation and Divergence of Ligand Recognition and Signal Transduction Mechanisms in Toll-Like Receptors (2017)
  • 著者名/発表者名: Ohto, U.
  • 雑誌名: ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＆ ＰＨＡＲＭＡＣＥＵＴＩＣＡＬ ＢＵＬＬＥＴＩＮ 巻: 65 号: 8 ページ: 697-705
  • DOI: 10.1248/cpb.c17-00323
  • NAID: 130005875868
  • ISSN: 0009-2363, 1347-5223
  • 査読あり
• [雑誌論文] The crystal structure of human DEAH-box RNA helicase 15 reveals a domain organization of the mammalian DEAH/RHA family. (2017)
  • 著者名/発表者名: Murakami, K., Nakano, K., Shimizu, T., & *Ohto, U.
  • 雑誌名: Acta Crystallogr F Struct Biol Commun. 巻: 73 号: 6 ページ: 347-355
  • DOI: 10.1107/s2053230x17007336
  • 査読あり
• [学会発表] 自然免疫を担う病原体センサー蛋白質の構造基盤の解明と創薬展開 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大戸梅治、清水敏之
  • 学会等名: 日本薬学会 第139年会
  • 招待講演
• [学会発表] The simultaneous binding of two DNA motifs for efficient activation of TLR9 revealed by X-ray Crystallography (2018)
  • 著者名/発表者名: Umeharu Ohto, Toshiyuki Shimizu
  • 学会等名: Toll meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] LIGAND RECOGNITION MECHANISM OF TLR7 REVEALED BY A LARGE-SCALE CRYSTALLOGRAPHIC STUDY (2018)
  • 著者名/発表者名: Z. Zhang, U. Ohto, T.Shibata, R.Sato, K.Miyake, T. Shimizu
  • 学会等名: Toll meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] Structural biology of Toll-like receptors (2018)
  • 著者名/発表者名: Umeharu Ohto, Toshiyuki Shimizu
  • 学会等名: 第56回日本生物物理学会
  • 招待講演
• [学会発表] 自然免疫受容体TLR9活性化機構の構造生物学的研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石田英子，大戸梅治，柴田琢磨，佐藤亮太，三宅健介，清水敏之
  • 学会等名: 日本結晶学会平成30年度年会
• [学会発表] AhRR-ARNTヘテロダイマーによるAhRの転写抑制機構の構造基盤 (2018)
  • 著者名/発表者名: 櫻井駿也、清水敏之、大戸梅治
  • 学会等名: 2017年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] AhRR-ARNTヘテロダイマーによるAhRの転写抑制機構の構造基盤 (2018)
  • 著者名/発表者名: 櫻井駿也、清水敏之、大戸梅治
  • 学会等名: 日本薬学会 第138年会
• [学会発表] Sperm-egg interaction revealed by the structure of IZUMO1-JUNO complex (2017)
  • 著者名/発表者名: Umeharu Ohto
  • 学会等名: American Society for Reproductive Medicine (ASRM) 2017 Scientific Congress
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structural analysis reveals ligand recognition mechanism of Toll-like receptor 7 (2017)
  • 著者名/発表者名: Zhikuan Zhang, Umeharu Ohto, Toshiyuki Shimizu
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
• [学会発表] sor (AhRR)によるAhRの転写抑制機構の構造基盤解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 櫻井駿也、清水敏之、大戸梅治
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
• [学会発表] Aryl hydrocarbon receptorの機能発現機構解明に向けた構造生物学的研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 櫻井駿也、大戸梅治、清水敏之
  • 学会等名: 第17回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] The crystal structure of AhRR/ARNT complex (2017)
  • 著者名/発表者名: Shunya Sakurai, Umeharu Ohto, Toshiyuki Shimizu
  • 学会等名: 24th Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography
  • 国際学会
• [学会発表] 自然免疫Toll様受容体のリガンド認識および活性化機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大戸梅治
  • 学会等名: 第61回日本薬学会関東支部大会
  • 招待講演
• [学会発表] Crystal structure of the autoinhibited form of NOD2 (2017)
  • 著者名/発表者名: Umeharu Ohto, Sakiko Maekawa, Toshiyuki Shimizu
  • 学会等名: The 67th Annual Meeting of the American Crystallographic Association (ACA 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Strcutrual studies of Toll-like receptor 7 (2017)
  • 著者名/発表者名: Zhikuan Zhang, Umeharu Ohto, Toshiyuki Shimizu
  • 学会等名: The 67th Annual Meeting of the American Crystallographic Association (ACA 2017)
  • 国際学会
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~kouzou/index.html