クライオ電子顕微鏡による膜輸送体の動的機構解明

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 20H03216
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 西澤 知宏 横浜市立大学, 生命医科学研究科, 教授 (80599077)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: クライオ電子顕微鏡

研究実績の概要

本研究では、生理学的に重要な膜輸送体に関して、クライオ電子顕微鏡による構造解析を行うことで、輸送サイクルにおける複雑な動的構造変化を明らかにすることを目的として研究を行った。P型輸送体は主に金属カチオンを基質として持つ輸送体からなるが、5型に分類される二つのサブファミリー（P5A、P5B）の輸送体は、基質の種類や選択性が大きく異なる。P5Bに分類されるP5-ATPase（ATP13A2）は、老化に伴う神経変性疾患の原因遺伝子として特定されたが、その機能は長い間不明であった。近年になって、この輸送体がリソソームにおけるポリアミン排出輸送体であることが明らかになり、老化に伴って低下するポリアミン合成を補うように、細胞外からの取り込み経路に関わることが明らかとなった。クライオ電子顕微鏡によって、ヒトATP13A2の基質が結合していない状態（E1）、および基質が結合した状態（E2）の二状態を含む合計4つの構造を明らかにした。それらの構造の比較から、ATPを用いた自己リン酸化に伴って、細胞内側に長細い正荷電性のトンネルが形成し、そこにポリアミンが結合することが明らかになった。さらに変異体解析を行ったところ、このトンネル内の負電荷性アミノ酸、芳香族アミノ酸がポリアミン輸送に重要であることが分かった。トンネル内に収まることのできるポリアミンであれば、ある程度非選択的に輸送することができることから、線形ポリアミンに対する幅広い基質選択性の分子機構が明らかになった。

現在までの達成度 (段落)

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Cryo-EM structures of thermostabilized prestin provide mechanistic insights underlying outer hair cell electromotility (2022)
  • 著者名/発表者名: Futamata Haon、Fukuda Masahiro、Umeda Rie、Yamashita Keitaro、Tomita Atsuhiro、Takahashi Satoe、Shikakura Takafumi、Hayashi Shigehiko、Kusakizako Tsukasa、Nishizawa Tomohiro、Homma Kazuaki、Nureki Osamu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: 6208
  • DOI: 10.1038/s41467-022-34017-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural insights into inhibitory mechanism of human excitatory amino acid transporter EAAT2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Kato Takafumi、Kusakizako Tsukasa、Jin Chunhuan、Zhou Xinyu、Ohgaki Ryuichi、Quan LiLi、Xu Minhui、Okuda Suguru、Kobayashi Kan、Yamashita Keitaro、Nishizawa Tomohiro、Kanai Yoshikatsu、Nureki Osamu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: 4714
  • DOI: 10.1038/s41467-022-32442-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural insights into the HBV receptor and bile acid transporter NTCP (2022)
  • 著者名/発表者名: Park JH, Iwamoto M, Yun JH, Uchikubo-Kamo T, Son D, Jin Z, Yoshida H, Ohki M, Ishimoto N, Mizutani K, Oshima M, Muramatsu M, Wakita T, Shirouzu M, Liu K, Uemura T, Nomura N, Iwata S, Watashi K, Tame JRH., Nishizawa T, Lee W, Park SY
  • 雑誌名: Nature 巻: 606 ページ: 1027～1031
  • DOI: 10.1038/s41586-022-04857-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cryo-EM structures of thylakoid-located voltage-dependent chloride channel VCCN1 (2022)
  • 著者名/発表者名: Hagino Tatsuya、Kato Takafumi、Kasuya Go、Kobayashi Kan、Kusakizako Tsukasa、Hamamoto Shin、Sobajima Tomoaki、Fujiwara Yuichiro、Yamashita Keitaro、Kawasaki Hisashi、Maturana Andr?s D.、Nishizawa Tomohiro、Nureki Osamu
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 ページ: 2505
  • DOI: 10.1038/s41467-022-30292-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cryo-EM of the ATP11C flippase reconstituted in Nanodiscs shows a distended phospholipid bilayer inner membrane around transmembrane helix 2 (2022)
  • 著者名/発表者名: Nakanishi Hanayo、Hayashida Kenichi、Nishizawa Tomohiro、Oshima Atsunori、Abe Kazuhiro
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 298 ページ: 101498～101498
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2021.101498
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 「non-conventional」なP型ATPase輸送体の基質認識機構 (2023)
  • 著者名/発表者名: 西澤知宏
  • 学会等名: 日本薬学会
  • 招待講演
• [学会発表] クライオ電顕で見えてくるトランスポーターとリガンドの相互作用 (2023)
  • 著者名/発表者名: 西澤知宏
  • 学会等名: 日本医学総会
• [学会発表] Protein Dynamics Visualized by Cryo-EM (2022)
  • 著者名/発表者名: 西澤知宏
  • 学会等名: 日本生化学大会
  • 国際学会 / 招待講演