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相分離を介したシグナル伝達制御の構造基盤

公募研究

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 19H04945
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
研究機関北海道大学

研究代表者

齋尾 智英  北海道大学, 理学研究院, 助教 (80740802)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020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)
2020年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2019年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
キーワード液-液相分離 / LCタンパク質 / 天然変性タンパク質 / NMR / 相分離シャペロン / シャペロン / 立体構造解析 / 相互作用解析 / 複合体立体構造 / 過渡的相互作用 / 多量体
研究開始時の研究の概要

これまでの多くのシグナル伝達研究においては,特定のタンパク質間の1:1相互作用における特異性の高いクロストークが注目されてきたが,この数年間で流動的な多量体形成によって支配されるシグナル伝達の重要性が認識されつつある.多量体形成によって,シグナルの増幅や閾値の設定,信号の持続,バックグラウンドノイズの排除などが可能なっていると考えられるが,その詳細なメカニズムは明らかにされていない.本研究では,溶液NMR法を用いた立体構造解析・相互作用解析によって多量体形成制御と,それによるシグナル伝達制御のメカニズム解明を目指す.

研究実績の概要

本研究では,弱く流動的な多量体型性によるシグナル伝達について分子レベルでの普遍的な理解を得ることを目指し,NMRを主体とした構造生物学研究を行った.これまでのシグナル伝達研究で対象とされてきた多くのタンパク質は,特異性の高い,1:1の強い結合によって機能するが,最近,多量体形成,特に弱く動的な多量体形成によって形成される液-液相分離を介するシグナル伝達が注目されるようになってきた.しかし,液-液相分離の形成や制御のメカニズムについての分子レベルでの理解は乏しく,シグナル伝達メカニズムの理解を妨げてきた.
本研究では,液-液相分離によって駆動される生命システムの分子メカニズムを明らかにするために,溶液NMRを主体とした構造解析・相互作用解析,および生化学実験に取り組んだ.特に,低複雑性 (LC) ドメインを持つ天然変性タンパク質,およびLCタンパク質の多量体形成や液-液相分離を制御する「相分離シャペロン」を対象とした.NMRを用いた相互作用解析等を行った結果,相分離シャペロンによるLCタンパク質の認識メカニズムの一端が明らかになった.さらに,神経変性疾患に関連する因子によって相分離シャペロンの機能が阻害されるメカニズムの一端を明らかにした.また,LCタンパク質の細胞内での翻訳後修飾についても評価たところ,細胞ストレスによってLCタンパク質の翻訳後修飾が変化することが明らかになった.今後,翻訳後修飾が相分離形成や相分離シャペロンによる認識に与える影響,さらにはそれによる機能調節などについての解明が期待される.

現在までの達成度 (段落)

令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (34件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 4件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 7件) 学会発表 (18件) (うち国際学会 6件、 招待講演 16件) 備考 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [国際共同研究] Korea Basic Science Institute(韓国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] University of Toronto(カナダ)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [国際共同研究] St. Jude Children's Research Hospital(米国)

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [雑誌論文] Functional cooperativity between the trigger factor chaperone and the ClpXP proteolytic complex2021

    • 著者名/発表者名
      Rizzolo Kamran、Yu Angela Yeou Hsiung、Ologbenla Adedeji、Kim Sa-Rang、Zhu Haojie、Ishimori Koichiro、Thibault Guillaume、Leung Elisa、Zhang Yi Wen、Teng Mona、Haniszewski Marta、Miah Noha、Phanse Sadhna、Minic Zoran、Lee Sukyeong、Caballero Julio Diaz、Babu Mohan、Tsai Francis T. F.、Saio Tomohide、Houry Walid A.
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 号: 1 ページ: 281-281

    • DOI

      10.1038/s41467-020-20553-x

    • NAID

      120007186802

    • 関連する報告書
      2020 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] A unique leucine-valine adhesive motif supports structure and function of protein disulfide isomerase P5 via dimerization2021

    • 著者名/発表者名
      Okumura M, Kanemura S., Matsusaki M., Kinoshita M., Saio T., Ito D., Hirayama C., Kumeta H., Watabe M., Amagai Y., Lee Y. H., Akiyama S. and Inaba K.
    • 雑誌名

      Structure

      巻: 29 号: 12 ページ: 1-14

    • DOI

      10.1016/j.str.2021.03.016

    • 関連する報告書
      2020 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] Biological phase separation: cell biology meets biophysics2020

    • 著者名/発表者名
      Takuya Yoshizawa、Ryu-Suke Nozawa、Tony Z. Jia、Tomohide Saio、Eiichiro Mori
    • 雑誌名

      Biophysical Reviews

      巻: 12 号: 2 ページ: 519-539

    • DOI

      10.1007/s12551-020-00680-x

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 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] Dynamics of proteins with different molecular structures under solution condition2020

    • 著者名/発表者名
      Inoue Rintaro、Oda Takashi、Nakagawa Hiroshi、Tominaga Taiki、Saio Tomohide、Kawakita Yukinobu、Shimizu Masahiro、Okuda Aya、Morishima Ken、Sato Nobuhiro、Urade Reiko、Sato Mamoru、Sugiyama Masaaki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 21678-21678

    • DOI

      10.1038/s41598-020-78311-4

    • NAID

      120007193758

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Distance Distribution between Two Iodine Atoms Derived from Small-Angle X-ray Scattering Interferometry for Analyzing a Conformational Ensemble of Heavy Atom-Labeled Small Molecules2020

    • 著者名/発表者名
      Taguchi Yuya、Saio Tomohide、Kohda Daisuke
    • 雑誌名

      The Journal of Physical Chemistry Letters

      巻: 11 号: 14 ページ: 5451-5456

    • DOI

      10.1021/acs.jpclett.0c01107

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Solution NMR for investigation of liquid-liquid phase separation2020

    • 著者名/発表者名
      Saio Tomohide、Okumura Masaki、Lee Young-Ho
    • 雑誌名

      Journal of the Korean Magnetic Resonance Society

      巻: 24 ページ: 47-52

    • 関連する報告書
      2020 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] Dynamic assembly of protein disulfide isomerase in catalysis of oxidative folding2019

    • 著者名/発表者名
      Okumura Masaki、Noi Kentaro、Kanemura Shingo、Kinoshita Misaki、Saio Tomohide、Inoue Yuichi、Hikima Takaaki、Akiyama Shuji、Ogura Teru、Inaba Kenji
    • 雑誌名

      Nature Chemical Biology

      巻: 15 号: 5 ページ: 499-509

    • DOI

      10.1038/s41589-019-0268-8

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Accelerating structural life science by paramagnetic lanthanide probe methods2019

    • 著者名/発表者名
      Saio Tomohide、Ishimori Koichiro
    • 雑誌名

      Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects

      巻: - 号: 2 ページ: 129332-129332

    • DOI

      10.1016/j.bbagen.2019.03.018

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Toxic PR poly-dipeptides encoded by the C9orf72 repeat expansion target Kapβ2 and dysregulate phase separation of low-complexity domains.2019

    • 著者名/発表者名
      Nanaura H, Kawamukai H, Fujiwara A, Uehara T, Nakanishi M, Shiota T, Hibino M, Aiba Y, Wiriyasermkul P, Kikuchi S, Nagata R, Matsubayashi M, Nagamori S, Shoji O, Ishimori K, Matsumura H, Sugie K, Saio T*, Yoshizawa T*, Mori E
    • 雑誌名

      bioRxiv

      巻: -

    • DOI

      10.1101/812099

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] 立体構造から明らかにする分子シャペロンの作用機序2019

    • 著者名/発表者名
      斉尾智英, 石森 浩一郎
    • 雑誌名

      生物物理

      巻: 59 号: 4 ページ: 197-201

    • DOI

      10.2142/biophys.59.197

    • NAID

      130007683544

    • ISSN
      0582-4052, 1347-4219
    • 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
  • [学会発表] Mechanistic insights into a molecular chaperone in protein folding and degradation2021

    • 著者名/発表者名
      Tomohide Saio
    • 学会等名
      2021 virtual Cold Spring Harbor Asia Conference
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] シャペロンから理解する細胞内タンパク質の動態制御メカニズム2020

    • 著者名/発表者名
      齋尾 智英
    • 学会等名
      第93回日本生化学会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Exploiting paramagnetic metal ions for protein structural study in solution2020

    • 著者名/発表者名
      齋尾 智英, 石森 浩一郎
    • 学会等名
      第 58 回日本生物物理学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 常磁性金属と分子シャペロン2020

    • 著者名/発表者名
      齋尾 智英
    • 学会等名
      2020年度日本分光学会NMR分光部会 集中講義
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] On and off between molecular chaperones and clients: Appropriate distance and timing for protein folding2020

    • 著者名/発表者名
      Tomohide Saio
    • 学会等名
      21st Hokudai-RIES International Symposium
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Applications of paramagnetic lanthanide ions in NMR and ESR2019

    • 著者名/発表者名
      Tomohide Saio
    • 学会等名
      International IPR Seminar -Open up a new era of structural biology with advanced NMR study-
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Structural and kinetic insights into molecular chaperones2019

    • 著者名/発表者名
      Tomohide Saio
    • 学会等名
      International Symposium on Protein Folding and Misfolding-related Aggregation
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Structural and kinetic basis for functional modulation of a molecular chaperone2019

    • 著者名/発表者名
      Tomohide Saio
    • 学会等名
      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
  • [学会発表] Exploring conformational states of a protein enzyme using paramagnetic lanthanide ions2019

    • 著者名/発表者名
      Tomohide Saio
    • 学会等名
      Biometal Science 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 低複雑性タンパク質の液-液相分離の制御と破綻のメカニズム: NMRによる解析2019

    • 著者名/発表者名
      齋尾 智英
    • 学会等名
      第 4 回 LLPS 研究会・ASUKA 若手交流会 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Structure and dynamics of molecular chaperones in protein folding, holding, and degradation2019

    • 著者名/発表者名
      齋尾 智英
    • 学会等名
      第2回 タンパク質可塑性についての研究会 -タンパク質と人工分子のダイナミクスと機能相関-
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 金属イオンを用いたSAXSとNMRによるマルチドメインタンパク質の動的構造解析2019

    • 著者名/発表者名
      齋尾 智英
    • 学会等名
      PF研究会 -BioSASが拓く生体高分子の分子間相互作用解析の最前線-
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] タンパク質フォールディングにおける分子シャペロンの機能とメカニズム: 立体構造と速度論からのアプローチ2019

    • 著者名/発表者名
      齋尾 智英
    • 学会等名
      第92 回 日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞内恒常性維持を担うシャペロンの動的構造基盤と制御2019

    • 著者名/発表者名
      齋尾 智英
    • 学会等名
      日本生化学会北海道支部 第56 回支部例会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Protein structure and dynamics by solution NMR2019

    • 著者名/発表者名
      Tomohide Saio
    • 学会等名
      ASUKA Symposium 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 細胞内恒常性維持を担うシャペロンの動的構造基盤と制御2019

    • 著者名/発表者名
      齋尾 智英
    • 学会等名
      日本化学会北海道支部 奨励賞受賞講演
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Conformational ensemble of a multidomain protein MurD visualized by paramagnetic lanthanide probe methods in NMR and EPR2019

    • 著者名/発表者名
      斉尾 智英,平松 蒼野,浅田 瑞枝,瀧下 俊平,中川 洋,中村 敏和,石森 浩一郎
    • 学会等名
      第19回日本蛋白質科学会年会 第71回日本細胞生物学会大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 常磁性ランタノイドイオンを用いたNMRとEPRによるマルチドメインタンパク質の構造解析2019

    • 著者名/発表者名
      斉尾 智英,平松 蒼野,浅田 瑞枝,瀧下 俊平,齋藤 彦太,中村 敏和,石森 浩一郎
    • 学会等名
      第58回 NMR討論会SEST2019連合大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 徳島大学藤井節郎記念医科学センター分子生命科学研究室

    • URL

      https://www.fujii.tokushima-u.ac.jp/mls/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 北海道大学大学院理学研究院化学部門 構造化学研究室

    • URL

      https://wwwchem.sci.hokudai.ac.jp/~stchem/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [産業財産権] 液滴及びその製造方法2020

    • 発明者名
      奥村正樹,松﨑元 紀,金村進吾,稲葉 謙次,齋尾智英
    • 権利者名
      奥村正樹,松﨑元 紀,金村進吾,稲葉 謙次,齋尾智英
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2020-100517
    • 出願年月日
      2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

URL: 

公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-12-25  

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