スパース性を使った新規多次元NMRスペクトル再構成法の開発とGPCR研究への応用

• 研究領域: スパースモデリングの深化と高次元データ駆動科学の創成
• 研究課題/領域番号: 26120506
• 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: 東京大学
• 研究代表者: 上田 卓見 東京大学, 薬学研究科(研究院), 助教 (20451859)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円); 2015年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2014年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
• キーワード: 構造生物学 / GPCR / NMR / 転移交差飽和法 / Co-ANAFOR / Tikhonov regularization

研究実績の概要

昨年度確立した試料調性法を用いて，rHDLに再構成したCCR1およびCCR5に，過剰量の2H,15N標識MIP-1aを添加した試料を調製して，転移交差飽和実験を行った．その結果，CCR1およびCCR5の安定性が低いため，24ポイントを超える転移交差飽和法の二次元NMRデータを，十分なS/Nで取得することは困難であった．そのため，再構成を行わない場合，および線形予測法による再構成を行った場合は，分解能が不十分なスペクトルや，シグナルが歪んだスペクトルしか得られなかった．一方，昨年度に開発したCo-ANAFORを適用して96ポイントのスペクトルを再構成した場合は，歪みのない，十分な分解能のスペクトルを得ることができた．得られたスペクトルからラジオ波照射に伴う強度減少率を調べた結果，MIP-1a上のNループおよび bシート領域がCCR1とCCR5の両方と近接すること，およびC末端ヘリックスがCCR5と近接することが明らかとなった．したがって，C末端へリックスに位置する残基の変異を伴う一塩基多型の影響を調べることで，CCR1とMIP-1aの相互作用，およびCCR5とMIP-1aの相互作用がそれぞれ多発性硬化症の病状に影響するかを明らかにする上で重要であることが示唆された．
以上の成果を投稿論文に発表した上で，二次元および三次元の実測NMRスペクトルをCo-ANAFORで再構成するためのプログラムおよびマニュアルを，ホームページ上で公開した．

現在までの達成度 (段落)

27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

27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] Conductance of P2X4 receptor is determined by conformational equilibrium in the transmembrane region (2016)
  • 著者名/発表者名: Minato Y, Suzuki S , Hara T, Kofuku Y, Kasuya G, Fujiwara Y, Igarashi S, Suzuki E, Nureki O, Hattori M, Ueda T, Shimada I
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. 巻: 発行中 号: 17 ページ: 4741-4746
  • DOI: 10.1073/pnas.1600519113
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Elucidation of the CCR1- and CCR5-binding modes of MIP-1α by application of an NMR spectra reconstruction method to the transferred cross-saturation experiments. (2015)
  • 著者名/発表者名: Chie Yoshiura, Takumi Ueda, Yutaka Kofuku, Masahiko Matsumoto, Junya Okude, Keita Kondo, Yutaro Shiraishi, Ichio Shimada
  • 雑誌名: Journal of Biomolecular NMR 巻: 63 号: 4 ページ: 333-340
  • DOI: 10.1007/s10858-015-9992-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of a Conformational Equilibrium That Determines the Efficacy and Functional Selectivity of the μ-Opioid Receptor. (2015)
  • 著者名/発表者名: Junya Okude, Takumi Ueda, Yutaka Kofuku, Motohiko Sato, Naoyuki Nobuyama, Keita Kondo, Yutaro Shiraishi, Takuya Mizumura, Kento Onishi, Mei Natsume, Masahiro Maeda, Hideki Tsujishita, Takefumi Kuranaga, Masayuki Inoue, Ichio Shimada
  • 雑誌名: Angewandte Chemie International Edition 巻: 21 号: 52 ページ: 15771-15776
  • DOI: 10.1002/anie.201508794
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Development of a method for reconstruction of crowded NMR spectra from undersampled time-domain data (2015)
  • 著者名/発表者名: Ueda T, Yoshiura C, Matsumoto M, Kofuku Y, Okude J, Kondo K, Shiraishi Y, Takeuchi K, Shimada I
  • 雑誌名: J. Biomol. NMR 巻: 印刷中 号: 1 ページ: 31-41
  • DOI: 10.1007/s10858-015-9908-9
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Functional dynamics of deuterated β2 -adrenergic receptor in lipid bilayers revealed by NMR spectroscopy (2014)
  • 著者名/発表者名: Kofuku Y, Ueda T, Okude J, Shiraishi Y, Kondo K, Mizumura T, Suzuki S, Shimada I
  • 雑誌名: Angew Chem Int Ed Engl 巻: 53 号: 49 ページ: 13376-13379
  • DOI: 10.1002/anie.201406603
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 多次元NMRスペクトル再構成法の開発とケモカイン-ケモカイン受容体複合体の転移交差飽和実験への応用 (2015)
  • 著者名/発表者名: 上田卓見, 吉浦知絵, 幸福裕, 松本昌彦, 奥出順也, 近藤啓太, 白石勇太郎, 嶋田一夫
  • 学会等名: 第54回NMR討論会
  • 発表場所: 千葉工業大学津田沼キャンパス、千葉
  • 年月日: 2015-11-08
• [学会発表] リガンドとの相互作用に伴う膜蛋白質の 動的立体構造変化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 上田卓見、幸福裕、嶋田一夫
  • 学会等名: 第53回生物物理学会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス、金沢
  • 年月日: 2015-09-14
  • 招待講演
• [学会発表] NMRによる、限定されたデータからのGPCRの動的構造情報の抽出 (2014)
  • 著者名/発表者名: 上田卓見
  • 学会等名: 第14回蛋白質科学会年会
  • 発表場所: ワークピア横浜、横浜
  • 年月日: 2014-06-25
  • 招待講演