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核磁気共鳴法による分子夾雑系膜環境におけるG蛋白質共役型受容体の機能解明

公募研究

研究領域分子夾雑の生命化学
研究課題/領域番号 18H04540
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
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), 准教授 (20451859)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2019年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2018年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
キーワードGPCR / NMR / DHA / ナノディスク / アデノシンA2A受容体 / 脂質二重膜
研究実績の概要

昨年度、脂質二重膜中のアデノシンA2受容体 (A2AAR)が複数の活性型構造の平衡状態にあり、脂質が各活性型構造の割合を変化させることを明らかにした。そこで、複数の活性型構造の違いを調べるために、観測原子の溶媒露出度を調べることが可能である、solvent PRE実験を行った。その結果、M232のNMRシグナルは、ドコサヘキサエン酸鎖 (DHA鎖) 存在下においてより大きく強度減少したのに対し、M106は、アラキドン酸鎖 (ARA鎖) 存在下の方がより大きく強度減少した。一方、M140, M211, M292の強度減少率は、脂質依存性を示さなかった。したがって、DHA鎖存在下では、M106およびM232の溶媒露出度がそれぞれ減少、上昇することが示された。
TM6が細胞内側からみて時計回りに回転すると、M232がキャビティ内に露出して、溶媒露出度が増大すると考えられる。実際、様々なGPCRの結晶構造における、M232に対応する残基の溶媒露出度とTM6の回転度を網羅的に調べた結果、両者はよく相関した。したがって、M232の溶媒露出度がDHA鎖により増大したことは、DHA鎖によりTM6が細胞内側から見て時計回りに回転することを示している。逆作動薬が結合した不活性型の結晶構造と、G蛋白質が結合した活性型の結晶構造を比較すると、活性型では、TM6の回転により、TM6の残基とG蛋白質のC末端の残基の相互作用が可能となっている。したがって、DHA鎖によるTM6の回転は、G蛋白質の活性化を容易にしていると考えた。
以上より、本研究では、A2AARには、シグナルを流さない不活性型構造と、異なる程度でシグナルを流す複数の活性型構造の多型があることを明らかにした。そして、薬剤は不活性型構造と活性型構造の存在比を変えることで、また脂質は複数の活性型構造の存在比を変化させることで、シグナル伝達活性を制御することも明らかにした。この研究成果を、投稿論文に発表した (Mizumura et al. Sci. Adv. 2020)。

現在までの達成度 (段落)

令和元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

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (11件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 1件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (1件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Activation of adenosine A2A receptor by lipids from docosahexaenoic acid revealed by NMR2020

    • 著者名/発表者名
      Takuya Mizumura, Keita Kondo, Masatoshi Kurita, Yutaka Kofuku, Mei Natsume, Shunsuke Imai, Yutaro Shiraishi, Takumi Ueda, Ichio Shimada
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 6 号: 12

    • DOI

      10.1126/sciadv.aay8544

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Structural equilibrium underlying ligand-dependent activation of b2-adrenoreceptor2020

    • 著者名/発表者名
      Shunsuke Imai, Tomoki Yokomizo, Yutaka Kofuku, Yutaro Shiraishi, Takumi Ueda, Ichio Shimada
    • 雑誌名

      Nature Chemical Biology

      巻: 16 号: 4 ページ: 430-439

    • DOI

      10.1038/s41589-019-0457-5

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Function-related conformational dynamics of G protein-coupled receptors revealed by NMR2019

    • 著者名/発表者名
      Takumi Ueda, Yutaka Kofuku, Junya Okude, Shunsuke Imai, Yutaro Shiraishi, Ichio Shimada
    • 雑誌名

      Biophysical Reviews

      巻: 11 号: 3 ページ: 409-418

    • DOI

      10.1007/s12551-019-00539-w

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] NMR 解析の最前線:分子間相互作用と動的構造2019

    • 著者名/発表者名
      上田卓見、嶋田一夫
    • 雑誌名

      月刊細胞

      巻: 51 ページ: 596-599

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] NMRを用いたG蛋白質共役型受容体の機能制御メカニズムの解析2019

    • 著者名/発表者名
      上田卓見、嶋田一夫
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 59 号: 4 ページ: 181-187

    • DOI

      10.2142/biophys.59.181

    • NAID

      130007683541

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] GPCR drug discovery: integrating solution NMR data with crystal and cryo-EM structures2018

    • 著者名/発表者名
      Shimada Ichio、Ueda Takumi、Kofuku Yutaka、Eddy Matthew T.、Wuthrich Kurt
    • 雑誌名

      Nature Reviews Drug Discovery

      巻: 18 号: 1 ページ: 59-82

    • DOI

      10.1038/nrd.2018.180

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 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
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Endogenous Membrane Receptor Labeling by Reactive Cytokines and Growth Factors to Chase Their Dynamics in Live Cells2018

    • 著者名/発表者名
      Takaoka Yousuke、Uchinomiya Shohei、Kobayashi Daichi、Endo Masataka、Hayashi Takahiro、Fukuyama Yoshiaki、Hayasaka Haruko、Miyasaka Masayuki、Ueda Takumi、Shimada Ichio、Hamachi Itaru
    • 雑誌名

      Chem

      巻: 4 号: 6 ページ: 1451-1464

    • DOI

      10.1016/j.chempr.2018.03.021

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Conductance of P2X4 receptor is determined by conformational equilibrium in the transmembrane region2019

    • 著者名/発表者名
      Takumi Ueda, Ichio Shimada
    • 学会等名
      The 8th Asia-Pacific NMR symposium
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [備考]

    • URL

      http://ishimada.f.u-tokyo.ac.jp/public_html/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考]

    • URL

      http://ishimada.f.u-tokyo.ac.jp/public_html/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-01-27  

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