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14-3-3タンパク質によるリン酸化シグナル経路の熱力学的・構造生物学的基盤

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 19H04973
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
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

大澤 匡範  慶應義塾大学, 薬学部(芝共立), 教授 (60361606)

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)
キーワードリン酸化シグナル / 14-3-3 / FoxO3 / NMR / リン酸化シグナル経路 / 14-3-3タンパク質 / 構造生物学 / 結合親和性 / 複合体構造
研究開始時の研究の概要

多くのがん細胞においては、Ras タンパク質の活性化を起源として、その下流にあるキナーゼを活性化し、そのキナーゼは連鎖的に別のキナーゼをリン酸化・活性化する、というリン酸化シグナルが亢進している。そのシグナルを持続させる機能をもつタンパク質が14-3-3タンパク質である。本研究では、この14-3-3タンパク質がいかにしてリン酸化シグナルを持続させるのかを定量的に、かつ、タンパク質の立体構造の観点より解明することにより、この過程を数理モデル化して理解することを目的としている。このメカニズムが解明できれば、リン酸化シグナルを抑制する革新的な制がん剤の創製につながると考えている。

研究実績の概要

FoxO3aは、アポトーシスを促進する転写因子である。がん細胞ではRasの変異を起源とするリン酸化シグナリングが亢進しており、FoxO3aはその下流に位置する。Ser/ThrキナーゼAKTにより2か所リン酸化を受けたFoxO3a (dpFoxO3a) はアダプタータンパク質14-3-3ζと結合するとともにDNAから解離し転写活性が低下する結果、がん細胞のアポトーシスが抑制され、がん細胞の増殖・悪性化につながる。したがって、14-3-3ζとdpFoxO3aの相互作用機構を原子レベルで明らかにできれば、がんの増悪機構の解明につながり、この相互作用阻害を標的とした新たながん治療薬の創製にも寄与できる。そこで本研究では、14-3-3ζとdpFoxO3aの相互作用を構造生物学的に解明することを目的とした。ヒト14-3-3ζおよびFoxO3a(残基番号1‐284; DNA結合ドメイン (DBD, 残基番号153‐253) とリン酸化部位T32, S253を含む領域)の大量調製法・AKTによるFoxO3aリン酸化法を確立した。SEC-MALSとITCにより、dpFoxO3aは14-3-3ζの二量体と1:1の複合体を形成し、両者のKdは70 nMでありdpFoxO3a-DNA間のKd (=40 nM) とほぼ同等であった。また、均一15N標識dpFoxO3aを用いた1H-15N HSQC NMRスペクトルにより14-3-3ζおよびDNAの滴定実験を行ったところ、14-3-3ζはdpFoxO3aのリン酸化部位だけでなくDBDと直接相互作用しdpFoxO3aとDNAとの結合を阻害することが示唆された。今後、dpFoxO3a - 14-3-3ζ複合体の立体構造を解析し、阻害機構の原子レベルでの解明を目指す。

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

    (15件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (8件) 備考 (2件)

  • [国際共同研究] トロント大学(カナダ)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Mechanism of hERG inhibition by gating-modifier toxin, APETx1, deduced by functional characterization2021

    • 著者名/発表者名
      Matsumura Kazuki、Shimomura Takushi、Kubo Yoshihiro、Oka Takayuki、Kobayashi Naohiro、Imai Shunsuke、Yanase Naomi、Akimoto Madoka、Fukuda Masahiro、Yokogawa Mariko、Ikeda Kazuyoshi、Kurita Jun-ichi、Nishimura Yoshifumi、Shimada Ichio、Osawa Masanori
    • 雑誌名

      BMC Molecular and Cell Biology

      巻: 22 号: 1 ページ: 1-16

    • DOI

      10.1186/s12860-020-00337-3

    • 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] Conformational equilibrium shift underlies altered K+ channel gating as revealed by NMR2020

    • 著者名/発表者名
      Iwahashi Yuta、Toyama Yuki、Imai Shunsuke、Itoh Hiroaki、Osawa Masanori、Inoue Masayuki、Shimada Ichio
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 11 号: 1 ページ: 5168-5168

    • DOI

      10.1038/s41467-020-19005-3

    • 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] GZD824 Inhibits GCN2 and Sensitizes Cancer Cells to Amino Acid Starvation Stress2020

    • 著者名/発表者名
      Kato Yu、Kunimasa Kazuhiro、Takahashi Mizuki、Harada Ayaka、Nagasawa Ikuko、Osawa Masanori、Sugimoto Yoshikazu、Tomida Akihiro
    • 雑誌名

      Molecular Pharmacology

      巻: 98 号: 6 ページ: 669-676

    • DOI

      10.1124/molpharm.120.000070

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Structural mechanism underlying G protein family-specific regulation of G protein-gated inwardly rectifying potassium channel2019

    • 著者名/発表者名
      Kano Hanaho、Toyama Yuki、Imai Shunsuke、Iwahashi Yuta、Mase Yoko、Yokogawa Mariko、Osawa Masanori、Shimada Ichio
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 10 号: 1 ページ: 1-13

    • DOI

      10.1038/s41467-019-10038-x

    • 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] 分子内ジスルフィド結合による電位依存性K+チャネルの膜電位依存的構 造変化機構の解明2021

    • 著者名/発表者名
      原田 彩佳、石川 貴大、横川 真梨子、前田 知輝、日向寺 孝禎、藤田 浩平、野崎 智裕、嶋田 一夫、大澤 匡範
    • 学会等名
      日本薬学会 第141年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] B型肝炎ウイルスの肝細胞特異的な侵入機構の解明2020

    • 著者名/発表者名
      石場 智彬, 横川 真梨子, 横田 旭美, 室井 大輝, 大澤 匡範
    • 学会等名
      第43回 日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] PABP-interacting Protein 2による翻訳抑制機構の解明2020

    • 著者名/発表者名
      寒河江 彪流, 横川 真梨子, 沢崎 綾一, 細田 直, 星野 真一, 大澤 匡範
    • 学会等名
      第43回 日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Gating-modifier toxin APETx1による電位依存性カリウムイオンチャネルhERG阻害機構の解析2020

    • 著者名/発表者名
      松村 一輝, 下村 拓史, 久保 義弘, 岡 貴之, 小林 直宏, 今井 駿輔, 簗瀬 尚美, 秋元 まどか, 福田 昌弘, 横川 真梨子, 池田 和由, 栗田 順一, 西村 善文, 嶋田一夫, 大澤匡範
    • 学会等名
      第43回 日本分子生物学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Structural basis for the hepatocyte-specific entry of hepatitis B virus2020

    • 著者名/発表者名
      Tomoaki Ishiba, Mariko Yokogawa, Terumi Yokota, Taiki Muroi, Masanori Osawa
    • 学会等名
      第20回日本蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Structural Mechanism of Translational Repression by PABP-interacting Protein 22020

    • 著者名/発表者名
      Takeru Sagae, Mariko Yokogawa, Ryoichi Sawazaki, Nao Hosoda, Shin-ichi Hoshino, Masanori Osawa
    • 学会等名
      第20回日本蛋白質科学会年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] BTG2によるポリ A 分解促進機構の構造生物学的解明2019

    • 著者名/発表者名
      高嶋大翔、城えりか、横川真梨子、沢崎綾一、寒河江彪流、尾上耕一、星野真一、大澤匡範
    • 学会等名
      第63回 日本薬学会関東支部大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] リン酸化による転写因子FOXO3aの機能抑制機構の解2019

    • 著者名/発表者名
      河津光作、中塚将一、横川真梨子、中村吏佐、木村友美、齋藤潤、佐谷秀行、大澤匡範
    • 学会等名
      第63回 日本薬学会関東支部大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 慶應義塾大学薬学部 生命機能物理学講座

    • URL

      http://square.umin.ac.jp/keio-skb/index.html

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 慶應義塾大学薬学部 生命機能物理学講座

    • URL

      http://square.umin.ac.jp/keio-skb/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-12-27  

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