三量体G蛋白質によるイオンチャネル活性化シグナリングの構造基盤

• 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: 25121707
• 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: 大澤 匡範 東京大学, 薬学研究科(研究院), 講師 (60361606)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2014年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2013年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: 内向き整流性K+チャネル / GIRK / Gタンパク質 / NMR

研究実績の概要

Gタンパク質共役型内向き整流性カリウムチャネル (GIRK) は、四量体として機能し、膜の興奮性を抑制することで心拍数の制御などを担う。Gタンパク質共役型受容体 (GPCR) のリガンド刺激によりGタンパク質ヘテロ三量体 (Gαβγ) が解離して生じたGβγが、GIRKの細胞内領域に結合することによりGIRKは開口する。一方、GPCRのリガンド刺激非存在下においてもGIRKは基底電流を生じており、その大きさは生理的環境下では過度の膜興奮性の低下を防ぐために抑制性の制御を受けている。この基底電流の抑制 (priming) は、GαβγがGIRKに直接結合することで生じることが示唆されているが、その分子機構は不明である。そこで本研究では、NMR法を用いてGαβγとGIRK細胞内領域の相互作用様式を明らかにし、primingの構造機構を解明することを目的とした。
マウスGIRK1細胞内領域 (残基番号41-63,190-386; GIRKCP) を観測対象としたGαβγとの転移交差飽和 (TCS) 実験から、Gαβγは主にGIRKCPの2つのサブユニットにまたがって直接結合することが分かった。また、GαβγをGIRKCPに添加した際、22個のシグナルは45 %以上の顕著な強度減少を示した。前者は結合に伴う分子量の増大、後者はGαβγの直接の結合もしくは結合に伴う構造変化による化学シフト変化を反映している。後者を示した残基はGαβγ結合部位、および、結合部位から離れたサブユニット界面およびβH-βIループに存在したことから、Gαβγ結合に伴いサブユニット界面およびβH-βIループに構造変化が生じることが分かった。これらのPデータから、primingは、Gαβγの結合によるGIRKサブユニット相対配置およびβH-βIループ構造の変化に起因することが示唆された。

現在までの達成度 (段落)

26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

26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] Calmodulin and STIM proteins: Two major calcium sensors in the cytoplasm and endoplasmic reticulum (2015)
  • 著者名/発表者名: Marshall CB, Nishikawa T, Osawa M, Stathopulos PB, Ikura M
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 巻: 印刷中 号: 1 ページ: 5-21
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.01.106
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis for the binding of the membrane-proximal C-terminal region of chemokine receptor CCR2 with the cytosolic regulator FROUNT (2014)
  • 著者名/発表者名: Esaki K, Yoshinaga S, Tsuji T, Toda E, Terashima Y, Saitoh T, Kohda D, Kohno T, Osawa M, Ueda T, Shimada I, Matsushima K, Terasawa H
  • 雑誌名: FEBS J 巻: 281 号: 24 ページ: 552-566
  • DOI: 10.1111/febs.13096
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cross-saturation and transferred cross-saturation experiments (2014)
  • 著者名/発表者名: Ueda T, Takeuchi K, Nishida N, Stampoulis P, Kofuku Y, Osawa M, Shimada I
  • 雑誌名: Q Rev Biophys 巻: 47 号: 2 ページ: 143-187
  • DOI: 10.1017/s0033583514000043
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Functional dynamics of cell surface membrane proteins (2014)
  • 著者名/発表者名: Nishida N, Osawa M, Takeuchi K, Imai S, Stampoulis P, Kofuku Y, Ueda T, Shimada I
  • 雑誌名: J Magn Reson 巻: 241 ページ: 86-96
  • DOI: 10.1016/j.jmr.2013.11.007
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Backbone resonance assignments for G protein αi3 subunit in the GDP-bound state. (2014)
  • 著者名/発表者名: Mase Y., Yokogawa M., Osawa M., and Shimada I.
  • 雑誌名: Biomol. NMR Assign. 巻: 8 号: 2 ページ: 237-241
  • DOI: 10.1007/s12104-013-9491-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solution NMR study on functional mechanism of membrane proteins (2013)
  • 著者名/発表者名: Osawa M., Imai S., Takeuchi K, and Shimada I.
  • 雑誌名: Seibutsubutsuri 巻: 53 ページ: 236-241
  • 査読あり
• [雑誌論文] Backbone resonance assignments for the cytoplasmic region of the Mg(2+) transporter MgtE in the Mg (2+)-unbound state (2013)
  • 著者名/発表者名: Maruyama T, Imai S, Osawa M, Hattori M, Ishitani R, Nureki O, Shimada I.
  • 雑誌名: Biomol NMR Assign 巻: 7 号: 1 ページ: 93-96
  • DOI: 10.1007/s12104-012-9385-y
  • 査読あり
• [学会発表] Gタンパク質三量体によるGタンパク質共役型内向き整流性カリウムチャネル活性制御機構の構造生物学的解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 加納 花穂, 外山 侑樹, 岩橋 優太, 間瀬 瑶子, 横川 真梨子, 大澤 匡範, 嶋田 一夫
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [学会発表] メチルTROSY法による膜タンパク質の機能調節メカニズムの解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 大澤匡範, 今井駿輔, 竹内 恒, 嶋田一夫
  • 学会等名: NMR討論会
  • 発表場所: 大阪大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2014-11-04 – 2014-11-06
  • 招待講演
• [学会発表] Structural Basis for Regulation of G Protein-activated Inwardly Rectifying Potassium Channel 1 (GIRK1) by G Proteins (2014)
  • 著者名/発表者名: Osawa M, Mase Y, Yokogawa M,Takeuchi K, Shimada I
  • 学会等名: 日本生生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-09-25 – 2014-09-27
  • 招待講演
• [学会発表] Structural Basis for Regulation of G Protein-activated Inwardly Rectifying Potassium Channel 1 (GIRK1) by G Proteins (2014)
  • 著者名/発表者名: Osawa M, Mase Y, Yokogawa M,Takeuchi K, Shimada I
  • 学会等名: International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems
  • 発表場所: Dallas （USA）
  • 年月日: 2014-08-24 – 2014-08-29
  • 招待講演
• [学会発表] Structural analyses of the gating mechanism of inwardly rectifying potassium channel (2014)
  • 著者名/発表者名: Toyama Y, Osawa M, Yokogawa M, Shimada I
  • 学会等名: International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems
  • 発表場所: Dallas （USA）
  • 年月日: 2014-08-24 – 2014-08-29
• [学会発表] 電位依存性カリウムイオンチャネルの膜電位感受機構の解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 野﨑智裕、小澤新一郎、原田瞳、木村友美、大澤匡範、嶋田一夫
  • 学会等名: 第12回次世代を担う若手のためのフィジカル・ファーマフォーラム
  • 発表場所: 箱根高原ホテル（神奈川県足柄下郡箱根町）
  • 年月日: 2014-07-14 – 2014-07-15
• [学会発表] 電位依存性カリウムイオンチャネルの膜電位感受機構の解明 (2014)
  • 著者名/発表者名: 野﨑智裕, 小澤新一郎, 原田瞳, 木村友美, 大澤匡範, 嶋田一夫
  • 学会等名: 日本薬学会第134年会
  • 発表場所: 熊本大学(熊本県熊本市)
• [学会発表] イオンチャネルの機能に関連した動的構造 (2013)
  • 著者名/発表者名: 今井駿輔、大澤匡範、三田建一郎、豊永翔、町山麻子、上田卓見、竹内 恒、老木成稔、嶋田一夫
  • 学会等名: 第35回生体膜と薬物の相互作用シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学（東京都文京区）
• [図書] Large Protein Complexes Revealed by Solution-State NMR: G Proteins and G Protein-Activated Inwardly Rectifying Potassium Ion Channel (2013)
  • 著者名/発表者名: Osawa M., Mase Y., Yokogawa M., Takeuchi K. and Shimada I.
  • 総ページ数: 32
  • 出版者: Royal Society of Chemistry
• [備考] 東京大学大学院薬学系研究科 生命物理化学教室
  • URL: http://ishimada.f.u-tokyo.ac.jp/public_html/paper/Paper_e.html