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2017 年度 実施状況報告書

O-マンノース型糖鎖生合成経路の解明

研究課題

研究課題/領域番号 16K08262
研究機関地方独立行政法人東京都健康長寿医療センター(東京都健康長寿医療センター研究所)

研究代表者

遠藤 玉夫  地方独立行政法人東京都健康長寿医療センター(東京都健康長寿医療センター研究所), 東京都健康長寿医療センター研究所, 所長代理 (30168827)

研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2019-03-31
キーワード糖鎖 / O-マンノース / 筋ジストロフィー
研究実績の概要

α-ジストログリカノパチー(α-DGpathy)は筋異常に加え中枢神経系の異常を伴う最重症タイプの先天性筋ジストロフィー症の一群で、α-ジストログリカン(α-DG)のO-マンノース(Man)型糖鎖不全を原因とする。病態の中心はα-DGと細胞外マトリックス分子との結合障害であり、この結合はグルクロン酸(GlcA)とキシロース(Xyl)からなる繰り返し構造(GlcA-Xylリピート)を介している。GlcA-XylリピートはO-Man型糖鎖のコアM3構造に2個のリビトール5リン酸(RboP)を介して結合しており、α-DGpathyの原因遺伝子fukutin、FKRPによって合成される。
今年度は、2番目のRboP転移酵素であるFKRPの結晶構造の解明と内在性のfukutinとFKRPによる複合体の形成の有無の確認を行った。結晶構造解析から、FKRPのゴルジ内腔側ドメインはN末側からステムドメインと触媒ドメインに分けられ、ステムドメインを介して多量体を形成していることが示唆された。そこで、ゲル濾過クロマトグラフィーで分子量を調べたところ、FKRPは溶液中で多量体を形成していることが確認された。一方、疾患FKRP変異体(Y88F, S221R)は、低分子量画分に検出され、多量体が形成されないことが分かった。また、TMEM5のみを強制発現させた細胞からTMEM5を免疫沈降した画分に、fukutin活性とFKRP活性がともに検出された。これにより内在性のfukutinおよびFKRPとTMEM5は複合体を形成していることが明らかになった。

現在までの達成度 (区分)
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

本年度は、FKRPの結晶構造を解明し多量体を形成することを明らかにした。FKRPのステムドメインは多量体形成に関与しており、疾患変異体の性状から多量体構造が機能に重要であることが示唆された。
また、TMEM5は内在性のfukutinおよびFKRPと複合体を形成することを明らかにした。これまで、RboPを含むO-Man型糖鎖は、α-DGのみでしか検出されないことから、RboPを含むO-Man型糖鎖修飾の標的となるタンパク質はかなり限定的であると考えられる。fukutin、FKRP、TMEM5は[Xylβ1-4RboP-1RboP-3]を合成する連続した反応を担うことから、複合体の形成は、希少な標的に確実にかつ効率的に糖鎖を合成することに寄与していると考えられる。

今後の研究の推進方策

我々の研究により、O-Man型糖鎖の完全な構造とα-DGpathyの原因遺伝子産物の多くが糖転移酵素であることが明らかになってきた。そこで、これらの糖転移酵素の詳細な機能や病態との関係を明らかにする必要がある。
次年度は、以下の実験を計画している。
(1)タンパク質上のO-Manに対してPOMGnT2は小胞体でコアM3を合成し、POMGnT1はゴルジ体でコアM1を合成することから、POMGnT2によるコアM3形成に優先性がある。現在、POMGnT1の結晶構造解析が終了しており、POMGnT2の構造解析を進めている。この結晶構造解析に様々な配列のペプチドを用いており、POMGnT1とPOMGnT2の基質特異性が明らかになることが期待される。
(2) FukutinやFKRPは哺乳類では初めて見つかったRboP転移酵素であるため、X線構造解析によりFukutinやFKRPの構造を詳細に解析し、RboP転移のメカニズムと患者変異によるα-DGpathy発症のメカニズムを検討する。

次年度使用額が生じた理由

(理由)
次年度使用額が生じた理由としては、試薬類の購入が予定より若干少なかったことがあげられる。年度を跨いだ発注ができないため、年度末の発注を控えたためである。
(使用計画)
これらの金額と次年度以降に請求する研究費を合わせた使用計画としては、昨年度購入できなかった試薬類の購入にあてる。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (15件) (うち国際学会 3件、 招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Cell endogenous activities of fukutin and FKRP coexist with the ribitol xylosyltransferase, TMEM5.2018

    • 著者名/発表者名
      Nishihara, R., Kobayashi, K., Imae, R., Tsumoto, H., Manya, H., Mizuno, M., Kanagawa, M., Endo, T., and Toda, T.
    • 雑誌名

      Biochemical and Biophysical Research Communications

      巻: 497 ページ: 1025~1030

    • DOI

      10.1016/j.bbrc.2018.02.162

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Experimental phase determination with selenomethionine or mercury-derivatization in serial femtosecond crystallography.2017

    • 著者名/発表者名
      Yamashita, K., et al.
    • 雑誌名

      IUCrJ

      巻: 4 ページ: 639~647

    • DOI

      doi.org/10.1107/S2052252517008557

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Glycosylation with ribitol-phosphate in mammals: New insights into the O -mannosyl glycan.2017

    • 著者名/発表者名
      Manya, H., and Endo, T.
    • 雑誌名

      Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects

      巻: 1861 ページ: 2462~2472

    • DOI

      10.1016/j.bbagen.2017.06.024

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 3D structural analysis of proteinO-mannosyl kinase, POMK, a causative gene product of dystroglycanopathy.2017

    • 著者名/発表者名
      Nagae, M., Mishra, S.K., Neyazaki, M., Oi, R., Ikeda, A., Matsugaki, N., Akashi, S., Manya, H., Mizuno, M., Yagi, H., Kato, K., Senda, T., Endo, T., Nogi, T., and Yamaguchi, Y.
    • 雑誌名

      Genes to Cells

      巻: 22 ページ: 348~359

    • DOI

      10.1111/gtc.12480

    • 査読あり
  • [学会発表] Regulatory mechanism in post-phosphoryl modification of the O-mannosyl glycan.2017

    • 著者名/発表者名
      Tamao Endo
    • 学会等名
      5th International Workshop for Glycosylation Defects in Muscular Dystrophies.
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ジストログリカノパチー原因遺伝子産物Protein O-Mannosyl Kinase (POMK)の構造生物学的研究2017

    • 著者名/発表者名
      長江雅倫、Sushil K. Mishra、根谷崎牧子、大井里香、池田明美、松垣直宏、明石知子、萬谷博、水野真盛、矢木宏和、加藤晃一、千田俊哉、遠藤玉夫、禾晃和、山口芳樹
    • 学会等名
      第36回日本糖質学会年会
  • [学会発表] 筋ジストロフィー症原因遺伝子産物TMEM5によるジストログリカンの機能糖鎖修飾2017

    • 著者名/発表者名
      萬谷博、山口芳樹、 金川基、小林千浩、田尻道子、赤阪-萬谷啓子、川上宏子、水野真盛、和田芳直、戸田達史、遠藤玉夫
    • 学会等名
      第36回日本糖質学会年会
  • [学会発表] Fukutin-related protein (FKRP)の結晶構造と基質認識機構解析2017

    • 著者名/発表者名
      桑原直之、萬谷博、金川基、今江理恵子、田中智博、小林千浩、戸田達史、水野真盛、遠藤玉夫、加藤龍一
    • 学会等名
      第36回日本糖質学会年会
  • [学会発表] α-ジストログリカノパチー原因遺伝子産物TMEM5によるジストログリカン糖鎖の修飾2017

    • 著者名/発表者名
      萬谷博、山口芳樹、金川基、小林千浩、田尻道子、赤阪-萬谷啓子、川上宏子、水野真盛、和田芳直、戸田達史、遠藤玉夫
    • 学会等名
      第3回日本筋学会学術集会
  • [学会発表] タンパク質の翻訳後修飾、糖鎖、その生合成と遺伝性筋疾患2017

    • 著者名/発表者名
      遠藤玉夫
    • 学会等名
      第3回日本筋学会学術集会
  • [学会発表] Glycosylation with ribitol-phosphate2017

    • 著者名/発表者名
      Tamao Endo
    • 学会等名
      24th International Symposium on Glycoconjugates
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Carbohydrate-binding domain of the POMGnT1 stem region modulates O-mannosylation sites of α-dystroglycan2017

    • 著者名/発表者名
      Naoyuki Kuwabara, Hiroshi Manya, Takeyuki Yamada, Hiroaki Tateno, Motoi Kanagawa, Kazuhiro Kobayashi, Keiko Akasaka-Manya, Yuriko Hirose, Mamoru Mizuno, Mitsunori Ikeguchi, Tatsushi Toda, Jun Hirabayashi, Toshiya Senda, Tamao Endo, Ryuichi Kato
    • 学会等名
      24th International Symposium on Glycoconjugates
    • 国際学会
  • [学会発表] タンパク質の翻訳後修飾、糖鎖、その異常による先天性筋ジストロフィー2017

    • 著者名/発表者名
      遠藤玉夫
    • 学会等名
      都産技研医療機器産業参入支援事業キックオフ記念セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] Systematic Clinical, Biochemical, and Molecular Elucidation of Genetic Disorders due to Defective Synthesis of O-Mannose Type Sugar Chains, including Fukuyama-type Muscular Dystrophy, and Discovery of Sugar Chains of Novel Structures2017

    • 著者名/発表者名
      Tatsushi Toda and Tamao Endo
    • 学会等名
      水谷糖質科学振興財団設立25周年記念講演会
    • 招待講演
  • [学会発表] 糖鎖研究から見た筋ジストロフィー2017

    • 著者名/発表者名
      遠藤玉夫
    • 学会等名
      国立精神・神経医療研究センター 国際セミナー
    • 招待講演
  • [学会発表] POMGnT1の構造解析による筋ジストロフィー疾患発症機序解明2017

    • 著者名/発表者名
      桑原直之、萬谷 博、山田健之、舘野浩章、金川 基、小林千浩、赤阪敬子、広瀬友理子、水野真盛、池口満徳、戸田達史、平林 淳、千田俊哉、遠藤玉夫、加藤龍一
    • 学会等名
      第40回日本分子生物学会年会第90回日本生化学会大会(2017年度生命科学系学会合同年次大会(ConBio2017)
  • [学会発表] 新しい糖鎖、その生合成異常による先天性筋ジストロフィーの発症2017

    • 著者名/発表者名
      遠藤玉夫
    • 学会等名
      理研シンポジウム 細胞内糖修飾の統合的ケミカルバイオロジー
  • [学会発表] 哺乳類細胞発現系によるFukutin-related protein (FKRP)の大量精製と結晶構造決定2017

    • 著者名/発表者名
      桑原直之、萬谷博、今江理恵子、遠藤玉夫、千田俊哉、加藤龍一
    • 学会等名
      2017年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • [学会発表] 筋ジストロフィー症原因遺伝子産物フクチンはジストログリカン糖鎖にグリセロールリン酸を導入する活性を有する2017

    • 著者名/発表者名
      今江 理恵子、萬谷 博、田中 智博、水野 真盛、金川 基、小林 千浩、戸田 達史、遠藤 玉夫
    • 学会等名
      日本薬学会第138年会

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公開日: 2018-12-17  

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