有機分子の排出にかかわる膜輸送体の構造生物学

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 17H03640
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 石谷 隆一郎 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (90361568)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: Ｘ線結晶構造解析 / 膜タンパク質 / 多剤耐性菌 / 薬物動態

研究実績の概要

真核生物由来ＭＡＴＥに関しては，シロイヌナズナ由来ＭＡＴＥ輸送体ＡｔＤＴＸ１４について構造解析可能なレベルの量・純度のサンプル調製に成功，さらにＬＣＰ法による結晶化を行ったところ，３オングストローム分解能以上回折する結晶を得ることに成功した．すでに構造が決定されている細菌由来ＭＡＴＥの構造を用いた分子置換法により位相決定を行い、最終的に２．６オングストローム分解能で構造決定に成功した。そして、立体構造に基づいて、Ｃ末端ドメインの保存された酸性残基が脱プロトン化して、７番目の膜貫通ヘリックスが折れ曲がることにより、基質が細胞外に輸送されるというメカニズムを提唱した。さらに、ヒト培養細胞を用いた輸送活性測定、大腸菌を用いた遺伝学的解析により、構造に基づいた変異体解析を行い、輸送機構を検証した。以上の結果は、Ｎａｔｕｒｅ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ誌に掲載された。
以上のように，植物由来MATE、哺乳類由来ＭＡＴＥに関しては予定通り計画が進んでおり，特に植物由来MATEについては立体構造決定に成功、論文として結果を発表するに至った。今後，哺乳類由来MATEに関しては，構造解析可能なレベルの量・純度・安定性を有する発現系の網羅的探索と結晶化スクリーニングを進行中である．一方で、植物ＭＡＴＥについても、基質複合体の構造が依然得られていないため、今後、いくつかの既知の基質について複合体の結晶化を試み、構造解析を進める。

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

植物由来MATE、哺乳類由来MATEに関しては予定通り計画が進んでおり，特に植物由来MATEについては立体構造決定に成功、論文として結果を発表するに至った。今後，哺乳類由来MATEに関しては，構造解析可能なレベルの量・純度・安定性を有する発現系の網羅的探索と結晶化スクリーニングを進行中であり，予定通り計画が進んでいる．

今後の研究の推進方策

今後，哺乳類由来MATEに関しては，構造解析可能なレベルの量・純度・安定性を有する発現系の網羅的探索と結晶化スクリーニングをすすめる．一方で、植物MATEについても、基質複合体の構造が依然得られていないため、今後、いくつかの既知の基質について複合体の結晶化を試み、構造解析を進める。

研究成果

• [雑誌論文] Structural basis for xenobiotic extrusion by eukaryotic MATE transporter. (2017)
  • 著者名/発表者名: Miyauchi H, Moriyama S, Kusakizako T, Kumazaki K, Nakane T, Yamashita K, Hirata K, Dohmae N, Nishizawa T, Ito K, Miyaji T, Moriyama Y, Ishitani R, Nureki O
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 8 ページ: 1633
  • DOI: doi: 10.1038/s41467-017-01541-0
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural insights into the competitive inhibition of the ATP-gated P2X receptor channel (2017)
  • 著者名/発表者名: Kasuya G, Yamaura T, Ma XB, Nakamura R, Takemoto M, Nagumo H, Tanaka E, Dohmae N, Nakane T, Yu Y, Ishitani R, Matsuzaki O, Hattori M, Nureki O
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 8 ページ: 876
  • DOI: doi: 10.1038/s41467-017-00887-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structure of the triose-phosphate/phosphate translocator reveals the basis of substrate specificity (2017)
  • 著者名/発表者名: Lee Y, Nishizawa T, Takemoto M, Kumazaki K, Yamashita K, Hirata K, Minoda A, Nagatoishi S, Tsumoto K, Ishitani R, Nureki O
  • 雑誌名: Nat Plants 巻: 3 ページ: 825-832
  • DOI: doi: 10.1038/s41477-017-0022-8
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural insights into ligand recognition by the lysophosphatidic acid receptor LPA6 (2017)
  • 著者名/発表者名: Taniguchi R, Inoue A, Sayama M, Uwamizu A, Yamashita K, Hirata K, Yoshida M, Tanaka Y, Kato HE, Nakada-Nakura Y, Otani Y, Nishizawa T, Doi T, Ohwada T, Ishitani R, Aoki J, Nureki O
  • 雑誌名: Nature 巻: 548 ページ: 356-360
  • DOI: doi: 10.1038/nature23448
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural Basis for the Canonical and Non-canonical PAM Recognition by CRISPR-Cpf1 (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamano T, Zetsche B, Ishitani R, Zhang F, Nishimasu H, Nureki O
  • 雑誌名: Mol Cell 巻: 67 ページ: 633-645
  • DOI: doi: 10.1016/j.molcel.2017.06.035
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ATP-dependent modulation of MgtE in Mg2+ homeostasis (2017)
  • 著者名/発表者名: Tomita A, Zhang M, Jin F, Zhuang W, Takeda H, Maruyama T, Osawa M, Hashimoto KI, Kawasaki H, Ito K, Dohmae N, Ishitani R, Shimada I, Yan Z, Hattori M, Nureki O
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 8 ページ: 148
  • DOI: doi: 10.1038/s41467-017-00082-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural Basis for the Altered PAM Recognition by Engineered CRISPR-Cpf1 (2017)
  • 著者名/発表者名: Nishimasu H, Yamano T, Gao L, Zhang F, Ishitani R, Nureki O
  • 雑誌名: Mol Cell 巻: 67 ページ: 139-147
  • DOI: doi: 10.1016/j.molcel.2017.04.019
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cyclic GMP-AMP as an Endogenous Second Messenger in Innate Immune Signaling by Cytosolic DNA (2017)
  • 著者名/発表者名: Kato K, Omura H, Ishitani R, Nureki O
  • 雑誌名: Annu Rev Biochem 巻: 86 ページ: 541-566
  • DOI: doi: 10.1146/annurev-biochem-061516-044813
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural insights into the nucleotide base specificity of P2X receptors (2017)
  • 著者名/発表者名: Kasuya G, Fujiwara Y, Tsukamoto H, Morinaga S, Ryu S, Touhara K, Ishitani R, Furutani Y, Hattori M, Nureki O
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 7 ページ: 45208
  • DOI: doi: 10.1038/srep45208
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crystal Structure of the Minimal Cas9 from Campylobacter jejuni Reveals the Molecular Diversity in the CRISPR-Cas9 Systems (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamada M, Watanabe Y, Gootenberg JS, Hirano H, Ran FA, Nakane T, Ishitani R, Zhang F, Nishimasu H, Nureki O
  • 雑誌名: Mol Cell 巻: 65 ページ: 1109-1121
  • DOI: doi: 10.1016/j.molcel.2017.02.007
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著