GlcNAc転移酵素の多様性と普遍性の構造生物学的研究

2021 年度 実施状況報告書

• 研究課題/領域番号: 20K06575
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 長江 雅倫 大阪大学, 微生物病研究所, 助教 (60619873)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 構造生物学 / 糖鎖生物学

研究実績の概要

本研究は、ありふれた糖であるNアセチルグルコサミン（以下、GlcNAcと称する）がどのようにして蛋白質に転移されるのかについて、三種類の糖転移酵素（N-acetylglucosaminylgransferase-IVa（以下GnT-IVa）、N-acetylglucosaminyltransferase-V（以下GnT-V）、EGF-specific O-GlcNAc transferase（以下EOGT））に焦点を当て、X線結晶構造解析を中心手法として立体構造解析を行い、基質認識および反応メカニズムを原子レベルで考察することを目的としている。
令和3年度の研究実績は以下の通りである。まずGnT-IVaに関しては、我々が新たに発見したレクチンドメインに関して東北医科薬科大学の山口芳樹教授のご支援の下、NMR測定によって詳細な糖鎖認識機構を明らかにした。またミシシッピ大学のSushil Mishra博士のご協力のもと、分子動力学シミュレーションを用いて溶液中における糖鎖結合モデルを可視化することができた。そしてGnT-IVaの基質認識機構に関して新しいモデルを提唱するに至り、これら一連の研究をまとめて現在、論文の執筆に取りくんでいる。またGnT-Vについては、我々の構造解析によって新しく見つかったドメイン（Nドメイン）の生理機能について、岐阜大学・糖鎖生命コア研究拠点の木塚康彦准教授と共著で学術論文を発表した。さらにEOGT触媒ドメインについては名古屋大学大学院医学系研究科、岡島徹也教授から精製蛋白質の供与を受け、結晶化に取り組み、結晶作成に世界に先駆けて成功した。現在はモデル構築に取り組んでいる。

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

研究計画当初に予定していた三種類の糖転移酵素（GnT-IVa, GnT-V, EOGT）のそれぞれについて、基質認識の詳細や世界初の立体構造決定などの成果が得られている。これらの成果はそれぞれ学術論文を投稿または投稿準備中であり、世間に広く公示している。このため研究計画はおおむね順調に進展していると考えている。

今後の研究の推進方策

三種類の糖転移酵素のうち、GnT-IVaに関しては現在執筆中の論文を完成させて成果を広く発表する予定である。またGnT-Vに関しても共同研究者と連携して立体構造の観点から生理機能の解明に取り組みたい。さらにEOGTに関しては、モデル構築、精密化を行い、EOGTの立体構造決定に取り組み、今まで未知であった基質認識機構を明らかにしたいと考えている。
次年度は最終年度であるため、得られた成果の多くを学術論文のみならず日本糖質学会をはじめとする諸学会、シンポジウム等で発表する予定である。

次年度使用額が生じた理由

研究計画のうち、EOGT触媒ドメインの蛋白質生産について、共同研究者である名古屋大学大学院医学系研究科の岡島徹也教授より供与を受けることができたため、当初予定していた消耗品費を次年度に回すこととなった。この分の経費はすべて令和4年度の消耗品費として使用する予定である。

研究成果

• [雑誌論文] N-acetylglucosaminyltransferase-V requires a specific noncatalytic luminal domain for its activity toward glycoprotein substrates (2022)
  • 著者名/発表者名: Osuka Reina F.、Hirata Tetsuya、Nagae Masamichi、Nakano Miyako、Shibata Hiroyuki、Okamoto Ryo、Kizuka Yasuhiko
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 298 ページ: 101666～101666
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2022.101666
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure-based design of UDP-GlcNAc analogs as candidate GnT-V inhibitors (2022)
  • 著者名/発表者名: Vibhute Amol M.、Tanaka Hide-nori、Mishra Sushil K.、Osuka Reina F.、Nagae Masamichi、Yonekawa Chizuko、Korekane Hiroaki、Doerksen Robert J.、Ando Hiromune、Kizuka Yasuhiko
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects 巻: 1866 ページ: 130118～130118
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2022.130118
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Identification of conserved SARS-CoV-2 spike epitopes that expand public cTfh clonotypes in mild COVID-19 patients (2021)
  • 著者名/発表者名: Lu X.,Hosono Y.,Nagae M.,Ishizuka S.,Ishikawa E.,Motooka D.,Ozaki Y.,Sax N.,Maeda Y.,Kato Y.,Morita T.,Shinnakasu R.,Inoue T.,Onodera T.,Matsumura T.,Shinkai M.,Sato T.,Nakamura S.,Mori S.,Kanda T.,Nakayama Emi E.,Shioda T.,Kurosaki T.,Takeda K.,Kumanogoh A.,Arase H.,Nakagami H.,Yamashita K.,Takahashi Y.,Yamasaki S.
  • 雑誌名: Journal of Experimental Medicine 巻: 218 ページ: e20211327
  • DOI: 10.1084/jem.20211327
  • 査読あり