自然免疫系受容体によるリガンド認識とシグナル伝達の構造的基盤

• 研究領域: 細胞シグナリング複合体によるシグナル検知・伝達・応答の構造的基礎
• 研究課題/領域番号: 23121510
• 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: 生物系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 大戸 梅治 東京大学, 薬学研究科(研究院), 助教 (90451856)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2013-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円); 2012年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2011年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
• キーワード: 自然免疫 / Ｘ線結晶構造解析 / 受容体

研究実績の概要

本申請課題では，自然免疫系の受容体によるリガンド認識機構やシグナル伝達機構を主にＸ線結晶構造解析により明らかにすることを目的として，主に以下の3つのグループに焦点を当てて研究を進める。
１．核酸認識TLRs (TLR7，TLR8，TLR9)と核酸の複合体（抗ウイルス薬，ワクチン）
２．細胞内NLRs (Nod1，Nod2)とリガンドの複合体（クローン病，アレルギー）
３．TLRの輸送や機能を制御する蛋白質（RP105/MD-1，PRAT4A,B）（自己免疫疾患）
（TLR4/MD-2の構造解析について）TLR4/MD-2受容体は，グラム陰性細菌の外膜構成成分であるlipopolysaccharide (LPS)を認識し，細胞内にシグナルを伝え免疫系を活性化する。過度のLPS応答は，生命を脅かす敗血症を引き起こすが，その有効な治療薬は開発されていない。Lipid IVaはLPSの生合成前駆体であり，ヒトTLR4/MD-2に対してはアンタゴニスト、マウスTLR4/MD-2に対してはアゴニストとして作用するが詳細な機構は明らかになっていない。本年度は，マウスTLR4/MD-2/lipid IVa複合体およびマウスTLR4/MD-2/LPS複合体の構造解析を成功させた。（核酸認識TLRについて）本年度は，核酸を認識する自然免疫系受容体のTLR7，TLR8，TLR9について，結晶化に適した発現系の構築を進めるとともに有望なコンストラクトについて結晶化を進めた。ヒトTLR8について、リガンド非結合型および低分子リガンド結合型での構造解析に成功した。これに関して、引き続きRNA複合体の構造解析を目指して研究を進めている。

現在までの達成度 (段落)

24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

24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] Human TLR4 polymorphism D299G/T399I alters TLR4/MD-2 conformation and response to a weak ligand monophosphoryl lipid A (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Yamakawa, U. Ohto, S. Akashi-Takamura, K. Takahashi, SI. Saitoh, N. Tanimura, T. Suganami, Y. Ogawa, T. Shibata, T. Shimizu, K. Miyake
  • 雑誌名: Int. Immunol. 巻: 25 号: 1 ページ: 45-52
  • DOI: 10.1093/intimm/dxs084
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural reorganization of the Toll-like receptor 8 dimer induced by agonistic ligands (2013)
  • 著者名/発表者名: Tanji H, Ohto U, Shibata T, Miyake K, Shimizu T
  • 雑誌名: Science 巻: 339 号: 6126 ページ: 1426-1429
  • DOI: 10.1126/science.1229159
  • 査読あり
• [雑誌論文] TLR4-MD-2 complex is negatively regulated by an endogenous ligand, globotetraosylceramide in vascular endothelial cells. (2013)
  • 著者名/発表者名: Kondo, Y., Tokuda, N., Nishitani, C., Ohto, U., Akashi-TakKondo, Y., Tokuda, N., Nishitani, C., Ohto, U., Akashi-Takamura, S., Ito, Y., Uchikawa, M., Kuroki, Y., Miyake, K., Zhang, Q., Furukawa, K., Furukawa, K
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 110 号: 12 ページ: 4714-4719
  • DOI: 10.1073/pnas.1218508110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis of species-specific endotoxin sensing by innate immune receptor TLR4/MD-2 (2012)
  • 著者名/発表者名: Ohto U, Fukase K, Miyake K, Shimizu T
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci U S A. 巻: 109 号: 19 ページ: 7421-7426
  • DOI: 10.1073/pnas.1201193109
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coagulation Factor X Activates Innate Immunity to Human Species C Adenovirus. (2012)
  • 著者名/発表者名: Doronin K.
  • 雑誌名: Science. 巻: 6108 号: 6108 ページ: 795-8
  • DOI: 10.1126/science.1226625
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural analyses of human Toll-like receptor polymorphisms D299G and T399I (2012)
  • 著者名/発表者名: Ohto U, Yamakawa N, Akashi-Takamura S, Miyake K, Shimizu T
  • 雑誌名: J Biol Chem. 巻: 287 号: 48 ページ: 40611-40617
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.404608
  • 査読あり
• [雑誌論文] Saturated fatty acid and TLR signaling link β cell dysfunction and islet inflammation. (2012)
  • 著者名/発表者名: Eguchi K, Manabe I, Oishi-Tanaka Y, Ohsugi M, Kono N, Ogata F, Yagi N, Ohto U, Kimoto M, Miyake K, Tobe K, Arai H, Kadowaki T, Nagai R
  • 雑誌名: Cell Metab. 巻: 15 号: 4 ページ: 518-533
  • DOI: 10.1016/j.cmet.2012.01.023
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expression, purification, crystallization and preliminary X-ray crystallographic analysis of human β-galactosidase (2012)
  • 著者名/発表者名: Usui, K., Ohto, U., Ochi, T., Shimizu, T., Satow, Y.
  • 雑誌名: Acta Crystallogr.Sect.F 巻: 68 号: 1 ページ: 73-77
  • DOI: 10.1107/s1744309111047920
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal Structure of Human β-Galactosidase: The Structural Basis of GM1 Gangliosidosis and Morquio B Diseases (2012)
  • 著者名/発表者名: Ohto U, et al.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 巻: 287 号: 3 ページ: 1801-1812
  • DOI: 10.1074/jbc.m111.293795
  • 査読あり
• [雑誌論文] Novel dimer organization of the TLR family as revealed by the crystal structures of mouse and human RP105/MD-1 complex (2011)
  • 著者名/発表者名: Ohto U, Miyake K, Shimizu T
  • 雑誌名: J.Mol.Biol. 巻: 413 号: 4 ページ: 815-825
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2011.09.020
  • 査読あり
• [学会発表] 病原体由来RNAを認識する自然免疫系TLR8の結晶構造 (2013)
  • 著者名/発表者名: 大戸梅治, 丹治裕美, 柴田琢磨, 三宅健介, 清水敏之
  • 学会等名: 日本薬学会第133年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2013-03-28
  • 招待講演
• [学会発表] 4本鎖lipid Aによる種特異的TLR4/MD-2活性化機構の構造基盤 (2012)
  • 著者名/発表者名: 大戸 梅治, 深瀬浩一，三宅健介，清水敏之
  • 学会等名: 第85回日本生化学会大会
  • 発表場所: 博多
  • 年月日: 2012-12-14
• [学会発表] Structural basis of species-specific endotoxin sensing by TLR4/MD-2 (2012)
  • 著者名/発表者名: Umeharu Ohto
  • 学会等名: Program for Young Researcher Symposium in Europe
  • 発表場所: Cambridge, UK
  • 年月日: 2012-06-07
  • 招待講演
• [学会発表] 自然免疫系RP105/MD-1複合体の構造解析 (2012)
  • 著者名/発表者名: 大戸梅治, 三宅健介, 清水敏之
  • 学会等名: 日本薬学会132年会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2012-03-29
• [学会発表] Structural analyses of mouse MD-1 protein complexed with endogenous phospholipid (2011)
  • 著者名/発表者名: Umeharu Ohto, Hitomi Harada, Yoshinori Satow
  • 学会等名: International Union of Crystallography 2011
  • 発表場所: Madrid, Spain
• [備考]
  • URL: http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~kouzou/index.html