抗体とFc受容体の新規相互作用様式の解明と抗体工学への展開

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18K14892
• 研究機関: 分子科学研究所
• 研究代表者: 谷中 冴子 分子科学研究所, 生命・錯体分子科学研究領域, 助教 (80722777)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 免疫グロブリンG (IgG) / Fc受容体 / MDシミュレーション / 核磁気共鳴法 / 中性子溶液散乱

研究実績の概要

2019年度は、高速原子間力顕微鏡(HS-AFM)をはじめとする種々の実験的観測手法と分子動力学(MD)シミュレーションを用いてIgG抗体とFcγ受容体(FcγR)の相互作用の実態解明に取り組んだ。ヒトIgG1のFc領域について、MDシミュレーションにより溶液中での3次元構造空間を探査した。そして、核磁気共鳴と溶液散乱の計測を通じて得られた実験データと照らし合わせることにより、MDシミュレーションの結果の妥当性を検証した。シミュレーションにより得られたFcの3次元構造アンサンブルを解析した結果、Fcに結合しているN型糖鎖のフコース残基によってFcγR との相互作用に関わるチロシン残基の配向が規定されていることが明確となった。また、N型糖鎖はFcのコンフォメーション空間に適切な制限を加えることでFcγRとの親和性を制御している可能性が示された。さらに、HS-AFMを用いてヒトFcγRⅢaと種々のIgG1の相互作用について1分子レベルでの観測と定量解析を実施した。その結果、いずれのIgG1においても全長分子はFcに比べてFcγRⅢaとの結合能が有意に高いことが明らかとなり、IgGのFab領域がFcγRⅢaとの相互作用に寄与していることが示唆された。さらに水素重水素交換質量分析により、FcγRⅢaとIgG1の相互作用部位の同定を試みた結果、これまで明らかにされているFc領域とFcγRⅢa の相互作用に加え、IgG1のFab領域 とFcγRⅢaのD1ドメインとの間の新規な相互作用を捉えることができた。
本研究全体を通じ、IgG1分子中のFcγRⅢaとの新規相互作用部位が明らかとなった。ここに改変を施すことで、受容体結合能を増強させた高機能IgG抗体の開発が促進されるものと期待される。

研究成果

• [国際共同研究] National Inst. of Standards and Tech.(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: National Inst. of Standards and Tech.
• [雑誌論文] Dynamic Views of the Fc Region of Immunoglobulin G Provided by Experimental and Computational Observations (2019)
  • 著者名/発表者名: Yanaka Saeko、Yogo Rina、Inoue Rintaro、Sugiyama Masaaki、Itoh Satoru G.、Okumura Hisashi、Miyanoiri Yohei、Yagi Hirokazu、Satoh Tadashi、Yamaguchi Takumi、Kato Koichi
  • 雑誌名: Antibodies 巻: 8 ページ: 39～39
  • DOI: 10.3390/antib8030039
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Fab portion of immunoglobulin G contributes to its binding to Fcγ receptor III (2019)
  • 著者名/発表者名: Yogo Rina、Yamaguchi Yuki、Watanabe Hiroki、Yagi Hirokazu、Satoh Tadashi、Nakanishi Mahito、Onitsuka Masayoshi、Omasa Takeshi、Shimada Mari、Maruno Takahiro、Torisu Tetsuo、Watanabe Shio、Higo Daisuke、Uchihashi Takayuki、Yanaka Saeko、Uchiyama Susumu、Kato Koichi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 ページ: 11957
  • DOI: 10.1038/s41598-019-48323-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural and thermodynamic basis for the recognition of the substrate-binding cleft on hen egg lysozyme by a single-domain antibody (2019)
  • 著者名/発表者名: Akiba Hiroki、Tamura Hiroko、Kiyoshi Masato、Yanaka Saeko、Sugase Kenji、Caaveiro Jose M. M.、Tsumoto Kouhei
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 ページ: 15481
  • DOI: 10.1038/s41598-019-50722-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] On-Membrane Dynamic Interplay between Anti-GM1 IgG Antibodies and Complement Component C1q (2019)
  • 著者名/発表者名: Yanaka Saeko、Yogo Rina、Watanabe Hiroki、Taniguchi Yuki、Satoh Tadashi、Komura Naoko、Ando Hiromune、Yagi Hirokazu、Yuki Nobuhiro、Uchihashi Takayuki、Kato Koichi
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 21 ページ: 147
  • DOI: 10.3390/ijms21010147
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Newly developed Laboratory-based Size exclusion chromatography Small-angle x-ray scattering System (La-SSS) (2019)
  • 著者名/発表者名: Inoue Rintaro、Nakagawa Tatsuo、Morishima Ken、Sato Nobuhiro、Okuda Aya、Urade Reiko、Yogo Rina、Yanaka Saeko、Yagi-Utsumi Maho、Kato Koichi、Omoto Kazuki、Ito Kazuki、Sugiyama Masaaki
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 ページ: 12610
  • DOI: 10.1038/s41598-019-48911-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] IgG のフコシル化による Fc のダイナミクスの変化が Fc γ受容体との相互 作用に及ぼす影響 Dynamic conformational effects of IgG fucosylation for interaction between Fc and Fcγ receptor (2019)
  • 著者名/発表者名: 谷中冴子，與語理那，矢木宏和，伊藤 暁，奥村久士，山口拓実，加藤晃一
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会、第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会
• [学会発表] Dynamic Views of the Fc Portion of Immunoglobulin G Provided by Experimental and Computational Observations (2019)
  • 著者名/発表者名: Saeko Yanaka, Rina Yogo, Rintaro Inoue, Masaaki Sugiyama, Satoru G. Itoh, Hisashi Okumura, Yohei Miyanoiri, Hirokazu Yagi, Tadashi Satoh, Takumi Yamaguchi and Koichi Kato
  • 学会等名: Frontier Bioorganization Forum 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 抗体の構造研究から学ぶ、研究者ってどんな職業？ (2019)
  • 著者名/発表者名: 谷中冴子
  • 学会等名: 中高生のための未来教室‐ホンネで語るライフサイエンスの道！
  • 招待講演
• [学会発表] Experimental and computational observations of the dynamics of the Fc region of immunoglobulin G (2019)
  • 著者名/発表者名: Saeko Yanaka
  • 学会等名: Satellite meeting for PF Workshop“Marriage of Computational and Experimental Techniques for Solution Small-angle Scattering”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dynamic structures and interactions of antibodies under physiologically relevant conditions (2019)
  • 著者名/発表者名: Saeko Yanaka, Rina Yogo, Hirokazu Yagi, and Koichi Kato
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 安定同位体標識を利用したNMRによる抗体の「品質」の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 谷中冴子，與語理那，矢木宏和，加藤晃一
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [備考] EurekAlert
  • URL: https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-01/nion-aga010620.php
• [備考] 免疫学の常識を覆す！抗体と受容体の新たな結合部位の発見
  • URL: http://www.excells.orion.ac.jp/pr/20190816pr.html