分岐型糖鎖とレクチンの相互作用に関する構造生物学研究

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H04758
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 山口 芳樹 国立研究開発法人理化学研究所, 糖鎖構造生物学研究チーム, チームリーダー (90323451)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 糖鎖 / ダイナミクス / レクチン / NMR / X線結晶構造解析 / 分子動力学計算

研究実績の概要

細胞表面のC型レクチン受容体は、外来成分・自己成分に由来する様々な糖鎖と結合し、細胞内にシグナルを伝達する。C型レクチン受容体の糖鎖リガンド認識の構造基盤については依然として不明な点が多く、特に分岐型糖鎖の枝特異性にはほとんど理解が及んでいない。そこで本研究ではC型レクチン受容体の分岐型糖鎖の認識様式の解明に取り組んだ。これまでのX線結晶構造解析から、ヒトDCIRは２本鎖複合型糖鎖の２糖ユニット（GlcNAcβ1-2Man）を主な認識領域としていることを明らかにしていた。この立体構造を利用してヒトDCIRの分岐糖鎖の認識を検討したところ、ヒトDCIRは２本鎖複合型糖鎖のどちらの分枝も立体障害なく認識し得ることが複合体モデルより示された。この結果はヒトDCIRの幅広い糖鎖結合特異性をよく説明するものであった。一方でヒトDCIRと同じファミリーに属するマウスDCIR2は厳密な糖鎖結合特異性を有し、bisecting GlcNAcを有する糖鎖の1-3分枝を選択的に認識する。ヒトDCIRとマウスDCIR2の立体構造を比較検討したところ、マウスDCIR2のリガンド結合部位に見られるAsp223がその厳密な結合特異性を担っており、Asp223はヒトhDCIRでは保存されていなかった。またこれらのレクチンはいずれもα1-3分枝のManのOH4とタイトに結合しているため、β1-4分岐を含む多分岐糖鎖とは結合しないことが予想された。一方で、α1-6分枝のManからのβ1-6分枝の伸張はヒトDCIRとの結合を妨げないことが予想され、従ってヒトDCIRはβ1-6分枝を持つ多分岐糖鎖とは高い親和性で結合することが予想された。以上よりC型レクチン受容体は共通のフォールドを有しているにも関わらず、リガンド結合部位の特定のアミノ酸残基の違いによって分岐糖鎖結合の特異性を発揮していることを構造生物学的に明らかにした。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

対象としたレクチンの大量発現と構造解析に成功しており、おおむね当初の計画目標を達成している。

今後の研究の推進方策

他のC型レクチン受容体やマンノース結合型レクチンにおいても分岐型糖鎖の認識について理解を深めるとともに、リガンド結合後のシグナリングのメカニズムについても構造生物学的なアプローチにより解明を試みる。

研究成果

• [雑誌論文] A keratan sulfate disaccharide prevents inflammation and the progression of emphysema in murine models (2017)
  • 著者名/発表者名: Gao C, Fujinawa R, Yoshida T, Ueno M, Ota F, Kizuka Y, Hirayama T, Korekane H, Kitazume S, Maeno T, Ohtsubo K, Yoshida K, Yamaguchi Y, Lepenies B, Aretz J, Rademacher C, Kabata H, Hegab AE, Seeberger PH, Betsuyaku T, Kida K, Taniguchi N
  • 雑誌名: American Journal of Physiology-Lung Cellular and Molecular Physiology 巻: 312 ページ: L268～L276
  • DOI: 10.1152/ajplung.00151.2016
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 1,5-Diazacyclooctanes, as Exclusive Oxidative Polyamine Metabolites, Inhibit Amyloid-β(1-40) Fibrillization (2016)
  • 著者名/発表者名: Tsutsui Ayumi、Zako Tamotsu、Bu Tong、Yamaguchi Yoshiki、Maeda Mizuo、Tanaka Katsunori
  • 雑誌名: Advanced Science 巻: 3 ページ: 1600082～1600082
  • DOI: 10.1002/advs.201600082
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Aglycon diversity of brain sterylglucosides: structure determination of cholesteryl- and sitosterylglucoside (2016)
  • 著者名/発表者名: Akiyama Hisako、Nakajima Kazuki、Itoh Yoshiyuki、Sayano Tomoko、Ohashi Yoko、Yamaguchi Yoshiki、Greimel Peter、Hirabayashi Yoshio
  • 雑誌名: Journal of Lipid Research 巻: 57 ページ: 2061～2072
  • DOI: 10.1194/jlr.M071480
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The Muscular Dystrophy GeneTMEM5Encodes a Ribitol β1,4-Xylosyltransferase Required for the Functional Glycosylation of Dystroglycan (2016)
  • 著者名/発表者名: Manya Hiroshi、Yamaguchi Yoshiki、Kanagawa Motoi、Kobayashi Kazuhiro、Tajiri Michiko、Akasaka-Manya Keiko、Kawakami Hiroko、Mizuno Mamoru、Wada Yoshinao、Toda Tatsushi、Endo Tamao
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 291 ページ: 24618～24627
  • DOI: 10.1074/jbc.M116.751917
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 3D Structure and Interaction of p24β and p24δ Golgi Dynamics Domains: Implication for p24 Complex Formation and Cargo Transport (2016)
  • 著者名/発表者名: Nagae Masamichi、Hirata Tetsuya、Morita-Matsumoto Kana、Theiler Romina、Fujita Morihisa、Kinoshita Taroh、Yamaguchi Yoshiki
  • 雑誌名: Journal of Molecular Biology 巻: 428 ページ: 4087～4099
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2016.08.023
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Polyclonal IgM and IgA block in vitro complement deposition mediated by anti-ganglioside antibodies in autoimmune neuropathies (2016)
  • 著者名/発表者名: Sudo Makoto、Miyaji Kazuki、Späth Peter J.、Morita-Matsumoto Kana、Yamaguchi Yoshiki、Yuki Nobuhiro
  • 雑誌名: International Immunopharmacology 巻: 40 ページ: 11～15
  • DOI: 10.1016/j.intimp.2016.08.019
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] 6-Azido-6-deoxy-l-idose as a Hetero-Bifunctional Spacer for the Synthesis of Azido-Containing Chemical Probes (2016)
  • 著者名/発表者名: Hamagami Hiroki、Kumazoe Motofumi、Yamaguchi Yoshiki、Fuse Shinichiro、Tachibana Hirofumi、Tanaka Hiroshi
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 22 ページ: 12884～12890
  • DOI: 10.1002/chem.201602044
  • 査読あり
• [雑誌論文] High-Sensitivity and Low-Toxicity Fucose Probe for Glycan Imaging and Biomarker Discovery (2016)
  • 著者名/発表者名: Kizuka Yasuhiko、Funayama Sho、Shogomori Hidehiko、Nakano Miyako、Nakajima Kazuki、Oka Ritsuko、Kitazume Shinobu、Yamaguchi Yoshiki、Sano Masahiro、Korekane Hiroaki、Hsu Tsui-Ling、Lee Hsiu-Yu、Wong Chi-Huey、Taniguchi Naoyuki
  • 雑誌名: Cell Chemical Biology 巻: 23 ページ: 782～792
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2016.06.010
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Enhancement of solubility and yield of a β-glucan receptor Dectin-1 C-type?lectin-like domain in Escherichia coli with a solubility-enhancement tag (2016)
  • 著者名/発表者名: Dulal Hari Prasad、Nagae Masamichi、Ikeda Akemi、Morita-Matsumoto Kana、Adachi Yoshiyuki、Ohno Naohito、Yamaguchi Yoshiki
  • 雑誌名: Protein Expression and Purification 巻: 123 ページ: 97～104
  • DOI: 10.1016/j.pep.2016.04.002
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The α-Glycosidation of Partially Unprotected N-Acetyl and N-Glycolyl Sialyl Donors in the Absence of a Nitrile Solvent Effect (2016)
  • 著者名/発表者名: Aoyagi Taku、Ohira Shuichi、Fuse Shinichiro、Uzawa Jun、Yamaguchi Yoshiki、Tanaka Hiroshi
  • 雑誌名: Chemistry - A European Journal 巻: 22 ページ: 6968～6973
  • DOI: 10.1002/chem.201601031
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystal structure of human dendritic cell inhibitory receptor C-type lectin domain reveals the binding mode with N-glycan (2016)
  • 著者名/発表者名: Nagae Masamichi、Ikeda Akemi、Hanashima Shinya、Kojima Takumi、Matsumoto Naoki、Yamamoto Kazuo、Yamaguchi Yoshiki
  • 雑誌名: FEBS Letters 巻: 590 ページ: 1280～1288
  • DOI: 10.1002/1873-3468.12162
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Subgroup differences in ‘brain-type’ transferrin and α-synuclein in Parkinson’s disease and multiple system atrophy (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshihara Akioh、Fukatsu Masahiko、Hoshi Kyoka、Ito Hiromi、Nollet Kenneth、Yamaguchi Yoshiki、Ishii Ryotaro、Tokuda Takahiko、Miyajima Masakazu、Arai Hajime、Kato Takeo、Furukawa Katsutoshi、Arai Hiroyuki、Kikuchi Akio、Takeda Atsushi、Ugawa Yoshikazu、Hashimoto Yasuhiro
  • 雑誌名: Journal of Biochemistry 巻: 160 ページ: 87～91
  • DOI: 10.1093/jb/mvw015
  • 査読あり
• [学会発表] ありふれた糖鎖がシグナルになる秘密： CLEC-2の立体構造から学ぶ (2017)
  • 著者名/発表者名: 山口芳樹
  • 学会等名: 第3回レクチン利用技術研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Ion mobility spectrometry separation of isomeric N-glycan structures (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, Y., Hirose, K., Nishima, W., Re, S., and Sugita, Y.
  • 学会等名: RIKEN-Max Planck Joint Research Center for Systems Chemical Biology, 5th Annual Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Understanding glycan dynamics and interaction by NMR and X-ray crystallography (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, Y.
  • 学会等名: 6th Charles Warren Workshop 2016
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Glycan Dynamics analyzed by combined NMR and X-ray crystallography (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, Y.
  • 学会等名: 8th Asian Community of Glycoscience and Glycotechnology, Wuxi, China, ACGG
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mammalian C-type lectin receptors: ligand recognition and signaling (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, Y.
  • 学会等名: Third RIKEN-Academia Sinica Joint Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] An Approach to Detect a Metastable Minor Conformation of Branched N-glycans by Combined Analysis of Solution NMR and X-ray Crystallography (2016)
  • 著者名/発表者名: Yamaguchi, Y.
  • 学会等名: ICMRBS2016 International Conference on Magnetic Resonance in Biological Systems
  • 国際学会
• [学会発表] 分岐型糖鎖の非対称性とダイナミクス (2016)
  • 著者名/発表者名: 山口芳樹
  • 学会等名: 第35回 日本糖質学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] レクチンを利用したN-結合型糖鎖の準安定構造の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 山口芳樹
  • 学会等名: 第17回若手NMR研究会
• [学会発表] 生体内糖鎖認識の基盤と次世代セラノスティクス (2016)
  • 著者名/発表者名: 山口芳樹、田中克典
  • 学会等名: 第14回糖鎖科学コンソーシアムシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 予想もできなかった糖鎖認識の巧妙さ：バイセクト糖鎖結合レクチンを中心に (2016)
  • 著者名/発表者名: 山口芳樹
  • 学会等名: 第2回レクチン利用技術研究会
  • 招待講演
• [産業財産権] 認知症の診断マーカー及びそれを用いた認知症罹患鑑別方法 (2016)
  • 発明者名: 橋本康弘、星京香、伊藤浩美、本多たかし、荒井啓行、古川勝敏他
  • 権利者名: 橋本康弘、星京香、伊藤浩美、本多たかし、荒井啓行、古川勝敏他
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2016-094385