電子線を用いた単粒子構造解析法の研究

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 16087210
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 独立行政法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 佐藤 主税 独立行政法人産業技術総合研究所, 脳神経情報研究部門, 研究グループ長 (00357146)
• 研究分担者: 川田 正晃 独立行政法人産業技術総合研究所, 情報技術研究部門, 主任研究員 (20356843) ; 小椋 俊彦 独立行政法人産業技術総合研究所, 脳神経情報研究部門, 主任研究員 (70371028) ; 三尾 和弘 独立行政法人産業技術総合研究所, バイオメディシナル情報センター, 主任研究員 (40470041)
• 研究期間 (年度): 2004 – 2009
• キーワード: タンパク質 / 3次元構造決定 / 電子顕微鏡 / ナノテクノロジー / 画像情報処理 / ニューラルネット / グリッドコンピューティング / クライオ電顕

研究概要

単粒子解析法は生化学、電子顕微鏡技術、情報技術を融合したタンパク質構造の解析法である。本方法を改良して、これまでよりさらに高分解能で、より自動化された構造解析法を開発した。この方法では、新たにSA(simulated annealing)などの柔らかい情報処理を、単粒子解析法に適用している。その結果、3次元オイラー角決定の自動プログラムの作製に成功した。これらのツールを用いて、実際に人間の遺伝性疾患に深く関わり、薬のターゲットとして重要なタンパク質の構造を決定した。それは、心臓病や免疫疾患の治療に重要なOrai1、CFTR、TRPC3、TRPM2等のイオンチャンネルであり、聴覚疾患に重要なイオンポンプ系のモーター蛋白質Prestin、発癌阻止に重要な酸化ストレスのセンサーKEAP1、アルツハイマー症治療に重要なγ-secretaseなどである。

研究成果

• [雑誌論文] Keap1 is a forked-stem dimer struct ure with two large spheres enclosin g the intervening, double glycine r epeat, and C-terminal domains (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Ogura, K.I. Tong, K. Mio, Y. Maruyam a, H. Kurokawa, C. Sato, M. Yamamoto.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. U S A 107 ページ: 2842-2847
  • 査読あり
• [雑誌論文] Atmospheric scanning elect ron microscope observes cells and t issues in open medium through silic on nitride film (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Nishiyama, M. Suga, T. Ogura, Y. Mar uyama, M. Koizumi, K. Mio, S. Kitamura, C. Sato.
  • 雑誌名: J Struct. Biol. 169 ページ: 438-449
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tetrameric orai1 is a teard rop-shaped molecule with a long, ta pered cytoplasmic domain (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Maruyama, T. Ogura, K. Mio, K. Kato, T. Kaneko, S. Kiyonaka, Y. Mori, C. Sato
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 284(20) ページ: 13676-13685
  • 査読あり
• [雑誌論文] Selective and direct i nhibition of TRPC3 channels underli es biological activities of a pyraz ole compound (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Kiyonaka, K. Kato, M. Nishida, K. Mi o, T. Numaga, Y. Sawaguchi, T. Yoshida, M. Wakamori, E. Mori, T. Numata, M. Is hii, H. Takemoto, A. Ojida, K. Watanab e, A. Uemura, H. Kurose, T. Morii, T. K obayashi, Y. Sato, C. Sato, I. Hamachi, Y. Mori
  • 雑誌名: PNAS 106(13) ページ: 5400-5405
  • 査読あり
• [雑誌論文] Three-dimensional reconstruction of Human CFTR chloride channel revea led an ellipsoidal structure with o rifices beneath the putative tran smembrane domain (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Mio, T. Ogura, M. Mio, H. Shimizu, TC. Hwang, C. Sato, Y. Sohma
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 283(44) ページ: 30300-30310
  • 査読あり
• [雑誌論文] The motor prote in prestin is a bullet-shaped molec ule with inner cavities (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Mio, Y. Kubo, T. Ogura, T. Yamamoto, F. Arisaka, C. Sato
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 283(2) ページ: 1137-1145
  • 査読あり
• [雑誌論文] Threedimensional reconstruction using tr ansmission EM reveals a swollen, be ll-shaped structure of TRPM2 cation channel (2007)
  • 著者名/発表者名: Y. Maruyama, T. Ogura, K. Mio, S. Kiyon aka, K. Kato, Y. Mori, C. Sato
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 282(51) ページ: 36961-36970
  • 査読あり
• [雑誌論文] TRIC channels are essential for Ca2+ handling in intracellular stores (2007)
  • 著者名/発表者名: M. Yazawa, C. Ferrante, J. Feng, K. Mio, T. Ogura, M. Zhang, P-H. Lin, Z. Pan, S. Komazaki, K. Kato, M. Nishi, X. Zhao, N. Weisleder, C. Sato, J. Ma, H. Tak eshima
  • 雑誌名: Nature 448(7149) ページ: 78-82
  • 査読あり
• [雑誌論文] A fully automat ic 3D reconstruction method using s imulated annealing enables accurat e posterioric angular assignment of protein projections (2006)
  • 著者名/発表者名: T. Ogura, C. Sato
  • 雑誌名: J. Struct. Biol. 156 ページ: 371-386
  • 査読あり
• [学会発表] The Atmospheric Sem Observ es Nuclei in the Surface Level of T issue Without Thin-Sectioning (2009)
  • 著者名/発表者名: C. Sato
  • 学会等名: The American Society for Cell Biology 4 9th Annual Meeting
  • 発表場所: サンディエゴ
  • 年月日: 2009-12-08
• [学会発表] Three-dimensional structu res of ion channels revealed by ele ctron microscopy: sodium, TRP, CFTR and Orai1 channels (2009)
  • 著者名/発表者名: C. Sato
  • 学会等名: Neuroscience 2 009
  • 発表場所: シカゴ
  • 年月日: 2009-10-21
• [学会発表] Maximum likelihood appr oach for picking-up process in sing le particle analysis (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Kawata
  • 学会等名: 第46回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 福岡市
  • 年月日: 2008-12-05
• [学会発表] 単粒子解析によるTRP channe l family間での構造比較. Structure of TRP channels revealed by single particle analysis using EM images (2008)
  • 著者名/発表者名: M. Kawata
  • 学会等名: 第46回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 福岡市
  • 年月日: 2008-12-03
• [学会発表] The 3D structure of ion c hannels, sensors and receptors reve aled by electron microscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Ogura
  • 学会等名: Inter national Conference of Physiologica l Sciences and 11th International S ymposium on Molecular Medicine, Cr ete
  • 発表場所: Greece
  • 年月日: 2008-10-09
• [備考]
  • URL: http://unit.aist.go.jp/neurosci/japanese/group/kouzouseiri.html
• [産業財産権] 構造推定システム、構造推定方法およびプログラム (2010)
  • 発明者名: 川田正晃、佐藤主税
  • 権利者名: 独立行政法人産業技術総合研究所
  • 産業財産権番号: 特許US-2010-0067809-A1
  • 出願年月日: 2010-03-18
• [産業財産権] 画像処理システム、画像処理方法、プログラムおよび記録媒体 (2008)
  • 発明者名: 川田正晃、佐藤主税
  • 権利者名: 独立行政法人産業技術総合研究所
  • 産業財産権番号: 特許特願2008-289005
  • 出願年月日: 2008-11-11
• [産業財産権] 構造推定システム、構造推定方法およびプログラム (2008)
  • 発明者名: 川田正晃、佐藤主税
  • 権利者名: 独立行政法人産業技術総合研究所
  • 産業財産権番号: 特許4171919
  • 出願年月日: 2008-08-22
• [産業財産権] 電子顕微鏡観察像の画像処理方法および画像処理プログラム並びに記録媒体 (2007)
  • 発明者名: 小椋俊彦、佐藤主税、藤吉好則
  • 権利者名: 独立行政法人産業技術総合研究所
  • 産業財産権番号: 特許3968421
  • 取得年月日: 2007-06-15