蛋白質の翻訳後修飾と細胞内シグナル伝達に関連した因子の構造基盤

2014 年度 実績報告書

• 研究領域: 翻訳後修飾によるシグナル伝達制御の分子基盤と疾患発症におけるその破綻
• 研究課題/領域番号: 22117007
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 石谷 隆一郎 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 准教授 (90361568)
• 研究期間 (年度): 2010-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: X線結晶構造解析 / タンパク質翻訳後修飾 / 細胞内シグナル伝達 / NF-κBシグナル伝達経路

研究実績の概要

細胞内シグナル伝達ネットワークは，蛋白質のさまざまな翻訳後修飾によって制御されている．そして近年の研究により，これら様々な翻訳後修飾は，癌，心血管疾患，神経変性疾患，自己免疫疾患から感染症に至るまでの，多くの病因・病態に関与していることが分かってきた．特に，これらのシグナル伝達ネットワークを理解するためには，その構築基盤となっている因子の相互作用を立体構造情報に基づいて解明することが必須である．cGASはそのような修飾シグナルに関わる因子の一つであり，ウイルス由来のDNAを認識することで活性化し，ATPとGTPからcyclic GMP-AMPを産生する酵素である．cyclic GMP-AMPはSTINGに結合し，下流へとシグナルを伝えることでI型インターフェロンの産生を促す．このようにcGASはウイルス感染の初期に応答して，宿主の免疫系を活性化する重要な酵素であるにも関わらず，どのようにcGASがウイルスDNAを認識しているかについては不明であった．そこで本研究ではＸ線結晶構造解析の手法を用いてcGASの立体構造を決定し，cGASによるDNA認識機構を原子分解能レベルで解明した．さらに，解明した構造に基づいた生化学的，細胞生物学的解析を行うことで，cGASはジンクフィンガー，および，正電荷の溝を介してウイルスDNAを認識し，cyclic GMP-AMPを産生することで免疫を活性化することが明らかとなった．他に病原菌が有するcyclic GMP-AMP産生酵素DncVの立体構造解析も行い，ヒトcGASとの構造比較を行うことで，DncVとcGASの基質・産物特性のメカニズムを解明した．

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] Structural basis for the facilitative diffusion mechanism by SemiSWEET transporter (2015)
  • 著者名/発表者名: Lee Y, Nishizawa T, Yamashita K, Ishitani R, Nureki O
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 6 ページ: 6112
  • DOI: doi: 10.1038/ncomms7112
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Crystal structure of Escherichia coli YidC, a membrane protein chaperone and insertase (2014)
  • 著者名/発表者名: Kumazaki K, Kishimoto T, Furukawa A, Mori H, Tanaka Y, Dohmae N, Ishitani R, Tsukazaki T, Nureki O
  • 雑誌名: Sci Rep 巻: 4 ページ: 7299
  • DOI: doi: 10.1038/srep07299
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structural basis for ion selectivity revealed by high-resolution crystal structure of Mg(2+) channel MgtE (2014)
  • 著者名/発表者名: Takeda H, Hattori M, Nishizawa T, Yamashita K, Shah ST, Caffrey M, Maturana AD, Ishitani R, Nureki O
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 5 ページ: 5374
  • DOI: doi: 10.1038/ncomms6374
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The non-canonical hydroxylase structure of YfcM reveals a metal ion-coordination motif required for EF-P hydroxylation (2014)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi K, Katz A, Rajkovic A, Ishii R, Branson OE, Freitas MA, Ishitani R, Ibba M, Nureki O
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res 巻: 42 ページ: 12295-12305
  • DOI: doi: 10.1093/nar/gku898
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Crystallization and preliminary X-ray crystallographic analysis of YfcM: an important factor for EF-P hydroxylation (2014)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi K, Suzuki T, Dohmae N, Ishitani R, Nureki O
  • 雑誌名: Acta Crystallogr F Struct Biol Commun 巻: 70 ページ: 1236-1239
  • DOI: doi: 10.1107/S2053230X14015726
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Crystallization and preliminary X-ray diffraction analysis of YidC, a membrane-protein chaperone and insertase from Bacillus halodurans (2014)
  • 著者名/発表者名: Kumazaki K, Tsukazaki T, Nishizawa T, Tanaka Y, Kato HE, Nakada-Nakura Y, Hirata K, Mori Y, Suga H, Dohmae N, Ishitani R, Nureki O
  • 雑誌名: Acta Crystallogr F Struct Biol Commun 巻: 70 ページ: 1056-1060
  • DOI: doi: 10.1107/S2053230X14012540
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structure of Saccharomyces cerevisiae mitochondrial Qri7 in complex with AMP (2014)
  • 著者名/発表者名: Tominaga T, Kobayashi K, Ishii R, Ishitani R, Nureki O
  • 雑誌名: Acta Crystallogr F Struct Biol Commun 巻: 70 ページ: 1009-1014
  • DOI: doi: 10.1107/S2053230X14014046
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Expression, purification, crystallization and preliminary X-ray crystallographic analysis of Enpp6 (2014)
  • 著者名/発表者名: Morita J, Kato K, Mihara E, Ishitani R, Takagi J, Nishimasu H, Aoki J, Nureki O
  • 雑誌名: Acta Crystallogr F Struct Biol Commun 巻: 70 ページ: 794-799
  • DOI: doi: 10.1107/S2053230X14008929
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Crystal structure of a claudin provides insight into the architecture of tight junctions (2014)
  • 著者名/発表者名: Suzuki H, Nishizawa T, Tani K, Yamazaki Y, Tamura A, Ishitani R, Dohmae N, Tsukita S, Nureki O, Fujiyoshi Y
  • 雑誌名: Science 巻: 344 ページ: 304-307
  • DOI: doi: 10.1126/science.1248571
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structural basis of Sec-independent membrane protein insertion by YidC (2014)
  • 著者名/発表者名: Kumazaki K, Chiba S, Takemoto M, Furukawa A, Nishiyama K, Sugano Y, Mori T, Dohmae N, Hirata K, Nakada-Nakura Y, Maturana AD, Tanaka Y, Mori H, Sugita Y, Arisaka F, Ito K, Ishitani R, Tsukazaki T, Nureki O
  • 雑誌名: Nature 巻: 509 ページ: 516-520
  • DOI: doi: 10.1038/nature13167
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Crystal structure of Saccharomyces cerevisiae mitochondrial GatFAB reveals a novel subunit assembly in tRNA-dependent amidotransferases (2014)
  • 著者名/発表者名: Araiso Y, Huot JL, Sekiguchi T, Frechin M, Fischer F, Enkler L, Senger B, Ishitani R, Becker HD, Nureki O
  • 雑誌名: Nucleic Acids Res 巻: 42 ページ: 6052-6063
  • DOI: doi: 10.1093/nar/gku234
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 先端放射光を用いたチャネル・トランスポーターの高分解能構造解析と分子機構の解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 石谷隆一郎
  • 学会等名: 日本放射光学会
  • 発表場所: 草津市，滋賀
  • 年月日: 2015-01-11 – 2015-01-11
  • 招待講演
• [学会発表] 炎症応答に関わる因子とその機能をモデュレートする化合物の構造生物学 ― Cyclic GMP-AMP合成酵素の結晶構造 ― (2014)
  • 著者名/発表者名: 石谷隆一郎
  • 学会等名: 第37回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 横浜市，神奈川
  • 年月日: 2014-11-25 – 2014-11-25
  • 招待講演
• [学会発表] 炎症応答に関わる因子の構造生物学 Cyclic GMP-AMP合成酵素の結晶構造 (2014)
  • 著者名/発表者名: 石谷隆一郎
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 京都市左京区，京都
  • 年月日: 2014-10-16 – 2014-10-16
  • 招待講演
• [学会発表] Crystal structure of channelrhodopsin ― a light-gated cation channel ― (2014)
  • 著者名/発表者名: 石谷隆一郎
  • 学会等名: 16th International Congress on Photobiology
  • 発表場所: Universidad Nacional de Cordoba,Argentina
  • 年月日: 2014-09-08 – 2014-09-08
  • 招待講演