自然免疫に関わる分子群の構造基盤の構築

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H02494
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 清水 敏之 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 教授 (30273858)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 自然免疫 / TLR / X線結晶解析

研究実績の概要

自然免疫は病原体の感染をいち早く察知し炎症反応を引き起こす一方、後に続く獲得免疫を誘導するという極めて重要な役割を果たす。自然免疫における病原体センサーとしては、細胞質局在型のNod様受容体 (NLR；Nod-like receptor)と膜結合型のToll様受容体 (TLR；Toll-like receptor)に大別される。Toll様受容体TLR7およびTLR8はウイルスや死細胞に由来するRNAを認識して自然免疫反応をひき起こすが，過剰応答の場合は、全身性エリテマトーデスなどの自己免疫疾患に関係することが指摘されている。このためTLR7/8を活性化する化合物（アゴニスト）と同様に阻害する化合物の開発も望まれている。今回我々は，ヒトのTLR8の細胞外ドメインの全長につきC末端にプロテインAタグを付加したコンストラクトを用い，糖鎖の生合成の阻害剤であるキフネンシンの存在のもとショウジョウバエS2細胞において発現させ，高純度の精製試料を得た。TLR8と，それぞれのアンタゴニストとを蒸気拡散平衡法により共結晶化し，X線結晶構造解析により分解能2.4, 2.3Åで構造を決定した。これにより，阻害剤によるTLR8の阻害機構を原子レベルで明らかにした．これまでの研究によりTLR8はリガンドが結合していない状態でも非活性型の二量体構造をとり、アゴニストが結合するとTLR8二量体が再構成され活性型となることが知られている。今回解析した阻害剤はリガンド非結合型の二量体構造で形成されているポケットに結合し構造を安定化することによって活性型二量体への再構成を防ぐことで阻害効果を発揮することが判明した。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

阻害剤との複合体構造解析により、リガンド非結合型二量体にのみ存在するポケットに阻害剤が結合し安定化するというまったくあらたな阻害機構を明らかにしたため。

今後の研究の推進方策

TLRに加え、NLRの構造解析に注力する。

研究成果

• [雑誌論文] Small-molecule inhibition of TLR8 through stabilization of its resting state (2018)
  • 著者名/発表者名: Zhang S, Hu Z, Hiromi Tanji H, Jiang S, Das N, Jing Li, Sakaniwa K, Jin J, Bian Y, Ohto U, Shimizu T & Yin H
  • 雑誌名: Nature Chem. Biol. 巻: 14 ページ: 58, 64
  • DOI: 10.1038/nchembio.2518.
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The crystal structure of the AhRR/ARNT heterodimer reveals the structural basis of the repression of AhR-mediated transcription (2017)
  • 著者名/発表者名: Sakurai S., Shimizu T., Ohto U
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 292 ページ: 17609, 17616
  • DOI: 10.1074/jbc.M117.812974
  • 査読あり
• [雑誌論文] Towards a structural understanding of nucleic acid-sensing Toll-like receptors in the innate immune system (2017)
  • 著者名/発表者名: Zhang Z, Ohto U, Shimizu T
  • 雑誌名: FEBS letters 巻: 591 ページ: 3167, 3181
  • DOI: 10.1002/1873-3468.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural insights into ligand recognition and regulation of nucleic acid-sensing Toll-like receptors (2017)
  • 著者名/発表者名: Shimizu T
  • 雑誌名: Curr. Opi. Struc. Biol. 巻: 47 ページ: 52, 59
  • DOI: 10.1016/j.sbi.2017.05.010.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emerging roles of the processing of nucleic acids and Toll-like receptors in innate immune responses to nucleic acids (2017)
  • 著者名/発表者名: Miyake K, Shibata T, Ohto U, Shimizu T
  • 雑誌名: J. Leukocyte Biol 巻: 101 ページ: 135, 142
  • DOI: 10.1189/jlb.4MR0316-108R.
  • 査読あり
• [学会発表] 病原体感染を感知するToll様受容体の構造基盤 (2018)
  • 著者名/発表者名: 清水敏之
  • 学会等名: 日本薬学会 第138年会
• [学会発表] Structural study of ssRNA sensing TLRs in innate immune system (2017)
  • 著者名/発表者名: Toshiyuki Shimizu
  • 学会等名: 24th Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考]
  • URL: http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~kouzou/index.html