RND型トランスポーターの結晶構造に基づく機能解析

2009 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19207009
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 村上 聡 東京工業大学, 大学院・生命理工学研究科, 教授 (30300966)
• キーワード: 多剤排出トランスポーター / 結晶化 / 構造解析 / 多剤耐性 / 薬剤耐性

研究概要

化学療法に立脚する現代医療現場での脅威の一つに薬剤耐性化問題が挙げられる。多くの抗生物質が効かなくなるこの現象の主因である多剤排出トランスポーターの立体構造決定、さらに基質結合型構造の決定による多基質認識およびその排出機構を解明した実績の上に立ち、多剤排出トランスポーター、とりわけグラム陰性菌の持つRND型トランスポーターの構造学的、蛋白質工学的、および生化学的研究を行い、排出機構解明に残された問題を解決し、同トランスポーターの構造に基づく詳細な機能解析と構造多様性の総合的解明を目的として研究を進めた。
多剤排出トランスポーターの中で最も構造と機能の解明が進んでいる大腸菌AcrBの構造に基づく機能解析を進め、本研究で扱うAcrBホモログの構造解析と生化学測定を照らし合わせて、トランスポーターの作動メカニズムと本来の生理的役割について研究を行った。これまでの研究で見いだした薬剤結合部位と、薬剤取り込み口の中間に存在する基質特異性を決定する領域"filter region"について詳細な解析を進めた結果、ホモログ(AcrD)とのキメラ解析に於いて、基質特性を改変させるにはFilter regionに存在する3残基のアミノ酸に対する部位特異的変位で十分であることが明らかとなった。この変位はいずれも荷電性に関わるもので、AcrBおよびAcrDそれぞれの荷電性基質認識を説明するのに矛盾がない。また、同様のメカニズムが動物細胞由来ABCG2蛋白にも見られ、薬剤排出トランスポーターの基質認識機構の一般的なドグマである可能性を示唆していた。また、これら基質特異性の異なるホモログの結晶解析も進行中である。また高濃度ゲル中での結晶化など新しい手法による膜タンパク質結晶化技術を開発し特許出願もした。今後これらの構造機能解析をさらに展開し、多剤耐性化の克服に資する情報として開示していきたい。

研究成果

• [雑誌論文] Enhancement of femtodecond laser-induced nucleation of protein in a gel solution (043702) (2010)
  • 著者名/発表者名: Ryota Murai, Hiroshi Y.Yoshikawa, Yoshinori Takahashi, Mihoko Maruyama, Shigeru Sugiyama, Gen Sazaki, Hiroaki Adachi, Kazufumi Takano, Hiroyoshi Matsumura, Satoshi Murakami, Tsuyoshi Inoue, Yusuke Mori.
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 96 ページ: 1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Femtosecond laser-induced nucleation of protein in agarose gel (2009)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Y.Yoshikawa, Ryota Murai, Shigeru Sugiyama, Gen Sazaki, Tomoya Kitatani, Yoshinori Takahashi, Hiroaki Adachi, Hiroyoshi Matsumura, Satoshi Murakami, Tsuyoshi Inoue, Kazufumi Takano, Yusuke Mori.
  • 雑誌名: J.Cryst.Growth 311 ページ: 956-959
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic nature of disulfide bond formation catalysts revealed by crystal structures of DsbB. (2009)
  • 著者名/発表者名: Keiji Inaba, Satoshi Murakami, Atsushi Nakagwa, Hiroka Iida, Mai Kinjo, Koreaki Ito, Mamoru Suzuki.
  • 雑誌名: EMBO J. 28 ページ: 779-791
  • 査読あり
• [雑誌論文] Protein Crystallization in Agarose Gel with High Strength : Developing an Automated System for Protein Crystallographic Processes (075502) (2009)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Sugiyama, Kana Tanabe, Mika Hirose, Tomoya Kitatani, Hitoshi Hasenaka, Yoshinori Takahashi, Hiroaki Adachi, Kazufumi Takano, Satoshi Murakami, Yusuke Mori, Tsuyoshi Inoue, Hiroyoshi Matsumura.
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 48 ページ: 1-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] 多剤耐性 Multi-drug resistance (2009)
  • 著者名/発表者名: 村上聡
  • 雑誌名: Medical Science Digest 35 ページ: 346-347
  • 査読あり
• [雑誌論文] Femtosecond laser Processing of Agarose Gel Surrounding Protein Crystals for Development of an Automated Crystal Capturing System(105502) (2009)
  • 著者名/発表者名: Shigeru Sugiyama, Hitoshi Hasenaka, Mika Hirose, Noriko Shimizu, Tomoya Kitatani, Yoshinori Takahashi, Hiroaki Adachi, Kazufumi Takano, Satoshi Murakami, Tsuyoshi Inoue, Yusuke Mori, Hiroyoshi Matsumura
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys. 48 ページ: 1-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Growth of Large Protein Crystals by Top-Seeded Solution Growth Together with the Floating and Soulution-Stirring Technique (2009)
  • 著者名/発表者名: Noriko Shimizu, Shigeru Sugiyama, Mihoko Maruyama, Hiroshi Y.Yoshikawa, Yoshinori Takahashi, Hiroaki Adachi, Kazufumi Takano, Satoshi Murakami, Tsuyoshi Inoue Hiroyoshi Matsumura, Yusuke Mori.
  • 雑誌名: Cryst.Growth Des. 9 ページ: 5227-5232
  • 査読あり
• [雑誌論文] Promotion of Crystal Nucleation of Protein by Semi-Solid Agarose Gel (125501) (2009)
  • 著者名/発表者名: Kana Tanabe, Mika Hirose, Ryota Murai, Shigeru Sugiyama, Noriko Shimizu, Mihoko Maruyama, Yoshinori Takahashi, Hiroaki Adachi, Kazufumi Takano, Satoshi Murakami, Yusuke Mori, Eiichi Mizohata, Tsuyoshi Inoue, Hiroyoshi Matsumura.
  • 雑誌名: Appl.Phys.Express 2 ページ: 1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] A Manipulating Tool for Protein Microcrystals in Solution Using Adhesive Materials (118001) (2009)
  • 著者名/発表者名: Tomoya Kitatani, Hiroaki Adachi, Shigeru Sugiyama, Hiroyoshi Matsumura, Ryota Murai, Yoshinori Takahashi, Satoshi Murakami, Tsuyoshi Inoue, Yusuke Mori, Kazufumi Takano.
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 48 ページ: 1-2
  • 査読あり
• [雑誌論文] Femtosecond laser processing of protein crystals grown in agarose gel (2009)
  • 著者名/発表者名: Hitoshi Hasenaka, Shigeru Sugiyama, Mika Hirose, Noriko Shimizu, Tomoya Kitatani, Yoshinori Takahashi, Hiroaki Adachi, Kazufumi Takano, Satoshi Murakami, Tsuyoshi Inoue, Yusuke Mori, Hiroyoshi Matsumura.
  • 雑誌名: J.Cryst.Growth 312 ページ: 73-78
  • 査読あり
• [学会発表] 細菌の薬剤耐性化機構の結晶学的解析Mechanism of bacterial multi-drug resistance based on the crystal structure of efflux transporter (2010)
  • 著者名/発表者名: 村上聡
  • 学会等名: 第83回日本細菌学会総会
  • 発表場所: パシフィコ横浜(横浜)
  • 年月日: 2010-03-28
• [学会発表] RND transporter, AcrB-The pumping mechanism (2010)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Murakami
  • 学会等名: 3rd FEBS Special Meeting 『ATP-Binding Cassette Protein : Form Multidrug Resistance to Genetic Diseases』
  • 発表場所: Hotel Grauer Bar(オーストリア・インスブルック)
  • 年月日: 2010-03-02
• [学会発表] Structure and Function of Multi-drug Transporter AcrB (2010)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Murakami
  • 学会等名: 4th INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON RECENT TRENDS IN MACROMOLECULAR STRUCTURE AND FUNCTION
  • 発表場所: マドラス大学(インド・チェンナイ)
  • 年月日: 2010-01-22
• [学会発表] Structure and Function of the Drug EffluxTransporter (2009)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Murakami
  • 学会等名: 第一回台湾膜タンパク質・生物膜結晶と構造生物学シンポジウム
  • 発表場所: 国立台湾大学(台湾・台北)
  • 年月日: 2009-12-10
• [学会発表] Multidrug Efflux Transporter -The Pumping Mechanism (2009)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Murakami
  • 学会等名: Innovative Nanoscience of Supermolecular Motor Proteins Working in Biomembranes
  • 発表場所: 京都大学医学部 芝蘭会館(京都)
  • 年月日: 2009-09-08
• [学会発表] Multidrug Efflux Transporter -The Pumping Mechanism (2009)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Murakami
  • 学会等名: 1st International Multidisciplinary Workshop 『Membrane Biology Frontiers -Dynamics, Energy, Structure and Technology-』
  • 発表場所: Royal Myconian Hotel, Elia Beach, Mykonos, Greece(ギリシャ・ミコノス)
  • 年月日: 2009-05-30
• [産業財産権] 有機高分子結晶製造装置 (2009)
  • 発明者名: 杉山成、安達宏昭、松村浩由、高野和文、村上聡、井上豪、森勇介、国宗範彰
  • 権利者名: 株式会社クニムネ
  • 産業財産権番号: 特願2009-275465
  • 出願年月日: 2009-12-03