細胞活性化時の生理機能変化を担う「分子レバレッジ機構」の解明

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H03661
• 研究機関: 東海大学
• 研究代表者: 後藤 信哉 東海大学, 医学部, 教授 (50225653)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: 血小板 / 分子動力学 / 膜糖蛋白 / GPIIb/IIIa

研究実績の概要

血小板活性化時にリガンド蛋白との接着性大きく変化する膜糖蛋白GPIIb/IIIaに注目し、細胞内ドメイン・膜貫通ドメイン・細胞外ドメインを連成したモデルを作成した。計算にはGPU 4基を実装したHPC5000-XSLGPU4TSを用いた。当初の研究計画ではRMSDによる構造の安定化の確認後に, 細胞内ドメインGPIIb Pro999とGPIIIa TYR747の重心間距離の安定値を求め、その後に両アミノ酸の距離を80オングストロームとして細胞外ドメイン構造の変化の有無から分子レバレッジ仮説の妥当性の検証を目指した。しかし、非活性型構造でも細胞外ドメインが長期の計算でも安定しなかった。特に、GPIIbの細胞外ドメインの構造は常に不安定であることがわかった。そこで、非活性化構造が完全に安定しない状態ではあるが、GPIIb Pro999とGPIIIa TYR747の重心間距を80オングストロームに引き剥がして構造計算を施行した。

比較的安定した非活性化構造にて15オングストロームほどであったGPIIb Pro999とGPIIIa TYR747の重心間距離を80オングストロームとして計算を継続しようとしたが、構造が破綻してしまった。実際の血小板細胞内にて細胞内環境が変化したときであってもアミノ酸間距離が突然変化することはない。そこで、安定構造からGPIIb Pro999とGPIIIa TYR747の獣神間距離を1オングストロームずつ引き剥がして構造計算を行った。1オングストローム引き剥がして安定したので、さらに1オングストローム引き剥がすと段階的に構造計算することにより当初の仮説の検証を目指す。

当初、予定した方法と同一ではないが、研究の積み重ねに基づきより生態に近い条件にて分子レバレッジ仮説の検証を目指す。

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

本研究では当初の予定から方向性を変えざるを得ない実験結果が2つあった。1はGPIIb/IIIaの細胞内・膜貫通・細胞内ドメイン一体化モデルの安定構造への収束が見られなかったことである。安定構造確認後、細胞内ドメインの形態を変化させる計画を変更せざるを得なかった。さらに、細胞内ドメインの大規模な構造変化を起こすと構造が破綻した。細胞内ドメインの構造変化は緩徐に行う必要があることがわかった。しかし、最終年度に細胞内ドメインの構造変化には着手している。仮説の検証に向けた実験結果が早急に得られる可能性はある。

今後の研究の推進方策

当初の計画と異なりGPIIb/IIIaの細胞内・膜貫通・細胞内ドメイン一体化モデルは長期間の計算でも安定しなかった。また、細胞内ドメインの大規模な構造変化は計算を破綻させることがわかった。本研究による分子レバレッジ仮説の検証には、細胞内ドメインのGPIIb Pro999とGPIIIa TYR747の重心間距離を緩徐に引き剥がす必要があることがわかった。
研究目的である分子レバレッジ仮説の検証に向けて計画を変更した。

研究成果

• [国際共同研究] The University of Oxford/Thrombosis Research Institute(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: The University of Oxford/Thrombosis Research Institute
• [国際共同研究] Harvard University/Duke University(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Harvard University/Duke University
• [雑誌論文] Healthcare Resource Utilization in Patients with Newly Diagnosed Atrial Fibrillation: A Global Analysis from the GARFIELD-AF Registry (2023)
  • 著者名/発表者名: Mantovani LG, Cozzolino P, Ferrara P, Virdone S, Camm AJ, Verheugt FWA, Bassand JP, Turpie AGG, Hacke W, Kayani K, Goldhaber SG, Goto S, Pieper KS, Gersh BJ, Fox KAA,1 Haas S, Eickels M, Kakkar AK.
  • 雑誌名: Healthcare 巻: 11 ページ: 638-65
  • DOI: 10.3390/healthcare11050638
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Sustained Myocarditis Following Messenger RNA Vaccination against COVID-19: Relation to Neutralizing Antibody and Amelioration by Low-Dose Booster Vaccination. (2023)
  • 著者名/発表者名: Miyazaki K, Fujii T, Mori K, Tamimoto R, Nagamatsu H, Murakami T, Cho Y, Goto S, Mori H.
  • 雑誌名: J Clin Med 巻: 12 ページ: 1421
  • DOI: 10.3390/jcm12041421
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 36-month clinical outcomes of patients with venous thromboembolism: GARFIELD-VTE. (2022)
  • 著者名/発表者名: 3.Turpie AGG, Farjat AE, Haas S, Ageno W, Weitz JI, Goldhaber SZ, Goto S, Angchaisuksirih S, Kayanii G, Lopes RD, Chiang CN, Gibbs H, Tsem E, Verhammenn P, Cate HT, Muntaner J, Schellong S, Bounameaux H, Prandoni P, Kakkar AK
  • 雑誌名: Thromb Res 巻: 222 ページ: 31-39
  • DOI: 10.1016/j.thromres.2022.11.016
• [雑誌論文] Empagliflozin in Patients with Chronic Kidney Disease. (2022)
  • 著者名/発表者名: Herrington WG, Brenner S, Cheung AK, Liu ZH, Li J, Hooi LS, Liu W, Kadowaki T, Nangaku M, Levin A, Cherney D, Maggioni AP, Pontremoli R, Deo R, Goto S, Rossello X, Tuttle KR, Steubl D, Petrini M, Massey D, Eilbracht J, Brueckmann M, Landray MJ, Baigent C, Haynes R
  • 雑誌名: N Engl J Med 巻: 388 ページ: 117-127
  • DOI: 10.1056/NEJMoa2204233
• [雑誌論文] Characteristics of von Willebrand Factor Binding with Platelet Glycoprotein Ibα Mutants at Residue 233 Causing Various Biological Functions. (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakayama M, Goto S, and Goto S.
  • 雑誌名: TH-Open 巻: 06 ページ: e421-e428
  • DOI: 10.1055/a-1937-9940
• [学会発表] 高性能コンピューターを用いた個別最適化医療 (2022)
  • 著者名/発表者名: 後藤信哉
  • 学会等名: 第56回日本成人病学会
  • 招待講演
• [産業財産権] 予後予測システム、予後予測プログラム作成装置、予後予測装置、予後予測方法及び予後予測プログラム (2019)
  • 発明者名: 後藤信哉、後藤信一
  • 権利者名: 学校法人東海大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 7141711