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2012 年度 実績報告書

糖鎖認識系を標的とする創薬を目指した複合糖質機能の構造基盤の解明と分子設計

研究課題

研究課題/領域番号 24249002
研究種目

基盤研究(A)

研究機関名古屋市立大学

研究代表者

加藤 晃一  名古屋市立大学, 薬学研究科(研究院), 教授 (20211849)

研究分担者 山口 拓実  分子科学研究所, 大学共同利用機関等の部局等, 助教 (60522430)
佐藤 匡史  名古屋市立大学, 薬学研究科(研究院), 准教授 (80532100)
矢木 真穂  大学共同利用機関法人自然科学研究機構(岡崎共通研究施設), その他部局等, 助教 (40608999)
矢木 宏和  名古屋市立大学, 薬学研究科(研究院), 助教 (70565423)
研究期間 (年度) 2012-10-31 – 2015-03-31
キーワード構造生物学 / 糖鎖認識 / 細胞内レクチン / 免疫グロブリンG
研究概要

本研究は、糖鎖が担う生体機能の発現メカニズムを分子複合体の立体構造解析を通して原子レベルで解明し、得られた構造情報をもとに、糖鎖認識系を標的とする創薬の基盤を構築することを目的としている。
(1)レクチンによる糖タンパク質の細胞内選別輸送システム
小胞体-ゴルジ体間における糖タンパク質の輸送は、細胞内レクチンERGIC-53による糖鎖認識と、カルシウム結合タンパク質MCFD2によるポリペプチド鎖認識が協働することにより担われている。本年度は、血液凝固因子に対する積荷受容体の作動メカニズムを解明するために、主にERGIC-53による糖鎖認識の構造基盤を明らかにすることを目指した。これまでに我々はフロンタルアフィニティークロマトグラフィー解析を通じて、本レクチンの糖鎖結合特異性、すなわち高マンノース型糖鎖のα1-2結合のマンノース2糖構造を認識することを明らかにしている。そこで、ERGIC-53、MCFD2、α1-2マンノース2糖からなる三者複合体の結晶構造解析を行った。その結果、ERGIC-53による糖鎖認識の構造基盤を原子レベルで解明することに成功した。さらに、血液凝固第V・第VIII因子との三者複合体の構造変化の解明に繋がる新たな結晶系でのERGIC-53とMCFD2の二者複合体の結晶構造解析にも成功した。
(2)免疫系における糖タンパク質分子間相互作用システム
免疫グロブリンGのFc領域とFcγ受容体(FcγRIII)の相互作用は両者の糖鎖構造に強く依存する。これまで我々は、本複合体の立体構造解析を行い、その糖タンパク質分子間相互作用の構造基盤を明らかにしてきた。平成24年度は、この構造情報を基に高親和および低親和型の糖タンパク質複合体の分子設計を行い、それら複合体のX線結晶構造解析を試みた。その結果、新たに3つのIgG FcとFcγRIII複合体の結晶構造の決定に成功した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本研究を通じて、ERGIC-53、MCFD2、糖鎖リガンドからなる三者複合体の結晶構造、さらに高親和および低親和型の新たな3つのIgG FcとFcγRIII複合体の結晶構造解析に成功した。以上、総合的に判断して極めて順調に研究は進展している。

今後の研究の推進方策

(1)レクチンによる糖タンパク質の細胞内選別輸送システム
ERGIC-53とMCFD2の複合体の立体構造解析を実施し、血液凝固第V・第VIII因子の認識様式の構造基盤を原子レベルで解明する。MCFD2が認識し得る血液凝固第V・第VIII因子のアミノ酸配列をバイオインフォマティクス解析とNMR解析によって探索する。その結果見出された候補ペプチドについて、MCFD2との相互作用様式の詳細を3者複合体の結晶構造解析によって明らかにする。結晶構造解析にあたっては、平成24年度明らかにしたERGIC-53とMCFD2複合体の結晶構造情報を縦横に活用する。すなわち、結晶中においてMCFD2のリガンド部位と最も近接している分子の末端構造を標的として、血液凝固第V・第VIII因子ペプチドと単鎖化した分子設計を行う。この単鎖化したペプチドクロスリンカーにより、特に結晶中において極めて安定な複合体が形成されるものと期待される。
(2)免疫系における糖タンパク質分子間相互作用システム
IgG FcとFcγRIIIの相互作用は両者の糖鎖構造に強く依存する。糖転移酵素の遺伝子ノックアウト、in vitroの酵素反応などを駆使して理想的な分子構造を有するFcを作出し、FcγRIIIとの相互作用様式を結晶構造解析およびNMR解析により実験的に検証する。これらに加えて、表面プラズモン共鳴法、カロリメトリーなどによる相互作用の物理化学的観点からの評価と細胞レベルでの抗体依存性細胞性細胞障害(ADCC)活性測定による機能評価を実施する。

  • 研究成果

    (27件)

すべて 2013 2012 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (24件) (うち招待講演 15件)

  • [雑誌論文] Application of metabolic 13C labeling in conjunction with high-field nuclear magnetic resonance spectroscopy for comparative conformational analysis of high mannose-type oligosaccharides2013

    • 著者名/発表者名
      Yukiko Kamiya
    • 雑誌名

      Biomolecules

      巻: 3 ページ: 108-123

    • DOI

      10.3390/biom3010108

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Endoplasmic reticulum lectin XTP3-B inhibits endoplasmic reticulum-associated degradation of a misfolded α1-antitrypsin variant2013

    • 著者名/発表者名
      Tsutomu Fujimori
    • 雑誌名

      FEBS J.

      巻: 8 ページ: 1563-1575

    • DOI

      10.1111/febs.12157

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Terminal spin labeling of a high-mannose-type oligosaccharide for quantitative NMR analysis of its dynamic conformation2013

    • 著者名/発表者名
      Takumi Yamaguchi
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 42 ページ: 544-546

    • DOI

      10.1246/cl.130040

    • 査読あり
  • [学会発表] NMR spectroscopic approaches to the conformational dynamics of oligosaccharides by paramagnetic tagging2012

    • 著者名/発表者名
      Takumi Yamaguchi
    • 学会等名
      ISBC2012
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      20121128-20121129
  • [学会発表] 常磁性効果を応用した糖鎖の動的立体構造解析

    • 著者名/発表者名
      山口拓実
    • 学会等名
      第51回NMR討論会
    • 発表場所
      名古屋
  • [学会発表] Conformational dynamics and interactions of glycoconjugates of therapeutic interest

    • 著者名/発表者名
      Koichi Kato
    • 学会等名
      Commemorative Symposium on the 20th Anniversary of the Mizutani Foundation for Glycoscience
    • 発表場所
      東京
    • 招待講演
  • [学会発表] 複合糖質の構造生物学: 創薬標的としての糖鎖

    • 著者名/発表者名
      加藤晃一
    • 学会等名
      第40回構造活性相関シンポジウム
    • 発表場所
      岡崎
    • 招待講演
  • [学会発表] HPLCによる糖鎖の構造解析およびバリデーションの方法

    • 著者名/発表者名
      矢木宏和
    • 学会等名
      技術情報協会セミナー「バイオ/抗体医薬品の各種分析手法とバリデーション」
    • 発表場所
      東京
    • 招待講演
  • [学会発表] High resolution analysis of protein glycosylation

    • 著者名/発表者名
      Koichi Kato
    • 学会等名
      CASSS CMC Strategy Forum Japan 2012
    • 発表場所
      東京
    • 招待講演
  • [学会発表] 糖タンパク質の運命を決める細胞内レクチンの糖鎖認識メカニズムを“見る”

    • 著者名/発表者名
      佐藤匡史
    • 学会等名
      糖鎖科学中部拠点「糖鎖科学講義」
    • 発表場所
      名古屋
    • 招待講演
  • [学会発表] NMR characterization of conformational fluctuations of oligosaccharides and glycoconjugates

    • 著者名/発表者名
      Koichi Kato
    • 学会等名
      The 6th International Symposium, Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
    • 発表場所
      京都
    • 招待講演
  • [学会発表] Conformations, dynamics, and interactions of sugar chains as studied by NMR spectroscopy

    • 著者名/発表者名
      Yoshinori Uekusa
    • 学会等名
      The 6th International Symposium, Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
    • 発表場所
      京都
  • [学会発表] Characterization of conformational dynamics of branched oligosaccharides by using paramagnetic NMR techniques

    • 著者名/発表者名
      Ying Zhang
    • 学会等名
      9th SOKENDAI Student Seminar (Life Science Retreat 2012)
    • 発表場所
      静岡
  • [学会発表] 複合糖質の立体構造・ダイナミクス・相互作用

    • 著者名/発表者名
      加藤晃一
    • 学会等名
      第85回日本生化学会大会
    • 発表場所
      福岡
    • 招待講演
  • [学会発表] Comparative conformational analysis of high-mannose-type oligosaccharides using high-field NMR spectroscopy combined with 13C-labeling technique

    • 著者名/発表者名
      Kotaro Yanagi
    • 学会等名
      Sokendai Asian Winter School "Frontiers in Photo-Molecular Science"
    • 発表場所
      岡崎
  • [学会発表] Structural views of carbohydrate-protein interaction systems as potential therapeutic targets

    • 著者名/発表者名
      Koichi Kato
    • 学会等名
      Kasetsart University Special Seminar
    • 発表場所
      Bangkok, Thailand
    • 招待講演
  • [学会発表] Paramagnetic lanthanide-tagging for NMR conformational characterization of glycolipids

    • 著者名/発表者名
      Takumi Yamaguchi
    • 学会等名
      Pure and Applied Chemistry International Conference 2013 (PACCON 2013)
    • 発表場所
      Chon Buri, Thailand
  • [学会発表] Structural views of carbohydrate-protein interaction systems as potential therapeutic targets

    • 著者名/発表者名
      Koichi Kato
    • 学会等名
      Pure and Applied Chemistry International Conference 2013 (PACCON 2013)
    • 発表場所
      Chon Buri, Thailand
    • 招待講演
  • [学会発表] NMR approaches to the molecular basis of oligosaccharide functions

    • 著者名/発表者名
      Takumi Yamaguchi
    • 学会等名
      2013 Asian Core Winter School
    • 発表場所
      Busan, Korea
    • 招待講演
  • [学会発表] 生命分子複合体の動態解明への実験的アプローチ

    • 著者名/発表者名
      加藤晃一
    • 学会等名
      京都大学原子炉実験所 粒子線基礎物性研究特別講演会
    • 発表場所
      熊取
    • 招待講演
  • [学会発表] Paramagnetic NMR approaches for characterization of conformational dynamics and interactions of oligosaccharides

    • 著者名/発表者名
      Zhang Ying
    • 学会等名
      日本生物物理学会中部支部講演会
    • 発表場所
      名古屋
  • [学会発表] Conformational dynamics and interactions of oligosaccharides in physiological and pathological contexts

    • 著者名/発表者名
      Koichi Kato
    • 学会等名
      Fifth Korea-Japan Seminars on Biomolecular Sciences: Experiments and Simulations
    • 発表場所
      Korea
    • 招待講演
  • [学会発表] Molecular and structural basis for N-glycan-dependent determination of glycoprotein fates in cells

    • 著者名/発表者名
      Koichi Kato
    • 学会等名
      Glycobiology Gordon Research Conference
    • 発表場所
      Ventura, USA
    • 招待講演
  • [学会発表] NMRとSANSによるタンパク質の動的構造解析

    • 著者名/発表者名
      加藤晃一
    • 学会等名
      中性子連携研究会
    • 発表場所
      品川
    • 招待講演
  • [学会発表] NMRによる糖鎖クラスターのダイナミクスと相互作用の解析

    • 著者名/発表者名
      加藤晃一
    • 学会等名
      糖鎖集合状態の変化による幹細胞近接場制御についての討論会
    • 発表場所
      岡崎
  • [学会発表] NMRを用いた生体分子のダイナミクスの解析

    • 著者名/発表者名
      加藤晃一
    • 学会等名
      大阪市立大学分子ナノ情報解析センターユーザーズミーティング
    • 発表場所
      大阪
    • 招待講演
  • [学会発表] 生命分子のダイナミクスと自己組織化

    • 著者名/発表者名
      加藤晃一
    • 学会等名
      国際高等研究所研究プロジェクト 「分子基盤に基づく生体機能への揺らぎとダイナミックネットワークの解明」第1回研究会
    • 発表場所
      奈良

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公開日: 2014-07-24  

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