自然免疫に関わる分子群の構造基盤の構築

2018 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

TLR9はエンドソームに局在し，細菌やウイルス由来の一本鎖DNAの非メチル化CpGモチーフを認識することで，炎症性サイトカインやI型インターフェロンの産生を誘導する。CpG DNA単独でのTLR9の二量体化は非常に弱く，実際のTLR9の活性化にはCpG DNAに加えて他の因子が介在している可能性が示唆された。最近の研究で，CpG DNAの5’末端側の配列がTCGあるいはTCCであるものは，そうでないものと比較してTLR9を効率的に活性化することが報告された。異なるリガンドによるTLR9の活性化機構を明らかにするため構造科学的な研究を行った。TLR9との結合実験を行ったところ，CpG DNAはTLR9に強く結合するが二量体化は引きおこさないこと，5’-TCG DNAは単独ではTLR9に対してまったく結合を示さないことが明らかになった。一方，5’-TCG DNAはCpG DNA共存下のTLR9に対しては非常に強く結合し，TLR9の二量体化を誘導した。2種類のDNAの結合様式を明らかにすべく，TLR9とCpG DNAおよび5’-xCx DNAからなる三者複合体の結晶構造解析を行い，ウマおよびウシ由来のTLR9について構造決定に成功した。TLR9とCpG DNAと5’-xCx DNAは2:2:2の複合体を形成しており，5’-xCx DNAはTLR9のリング型構造の上部で2分子のTLR9にはさまれた新規の結合部位に結合していた。5’-xCx DNAの5’末端側の3塩基は，2分子のTLR9にはさまれる形でTLR9と相互作用し，TLR9の二量体化に寄与していた。2番目のシトシンはTLR9二量体の2つのプロトマーから複数の相互作用により緊密に認識されていた。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30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] Toll-like Receptor 9 Contains Two DNA Binding Sites that Function Cooperatively to Promote Receptor Dimerization and Activation. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ohto U, Ishida H, Shibata T, Sato R, Miyake K, Shimizu T
  • 雑誌名: Immunity 巻: 48 ページ: 649, 658
  • DOI: 10.1016/j.immuni.2018.03.013.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis for species-specific activation of mouse Toll-like receptor 9 (2018)
  • 著者名/発表者名: Ishida H, Ohto U, Shibata T, Miyake K, Shimizu T.
  • 雑誌名: FEBS letters 巻: 592 ページ: 2636, 2646
  • DOI: 10.1002/1873-3468.13176.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanisms controlling nucleic acid-sensing Toll-like receptors (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyake K, Shibata T, Ohto U, Shimizu T, Saitoh SI, Fukui R, Murakami Y.
  • 雑誌名: Int Immunol 巻: 30 ページ: 43, 51
  • DOI: 10.1093/intimm/dxy016.
• [雑誌論文] Structural Analyses of Toll-like Receptor 7 Reveal Detailed RNA Sequence Specificity and Recognition Mechanism of Agonistic Ligands. (2018)
  • 著者名/発表者名: Zhang Z, Ohto U, Shibata T, Taoka M, Yamauchi Y, Sato R, Shukla NM, David SA, Isobe T, Miyake K, Shimizu T.
  • 雑誌名: Cell reports 巻: 25 ページ: 3371, 3381
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.11.081.
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Small-Molecule TLR8 Antagonists via Structure-Based Rational Design. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hu Z, Tanji H, Jiang S, Zhang S, Koo K, Chan J, Sakaniwa K, Ohto U, Candia A, Shimizu T, Yin H.
  • 雑誌名: Cell Chem Biol 巻: 25 ページ: 1286, 1291
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2018.07.004.
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 構造解析から見えた自然免疫における一本鎖核酸認識 Toll様受容体の共通性およびその創薬への展開 (2018)
  • 著者名/発表者名: 清水敏之
  • 学会等名: ゲノム創薬・医療フォーラム
  • 招待講演