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2013 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
研究機関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)

研究代表者

加藤 晃一  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), 岡崎統合バイオサイエンスセンター, 教授 (20211849)

研究分担者 山口 拓実  分子科学研究所, 生命・錯体分子科学研究領域, 助教 (60522430)
矢木 宏和  名古屋市立大学, 薬学研究科(研究院), 講師 (70565423)
佐藤 匡史  名古屋市立大学, 薬学研究科(研究院), 准教授 (80532100)
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

(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
血液凝固第V・第VIII因子の細胞内輸送はカーゴレセプターERGIC-53とカルシウム結合タンパク質MCFD2の複合体により担われている。本年度は、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的として、ERGIC-53、MCFD2、α1-2マンノトリース3糖からなる3者複合体の結晶構造解析を行った。その結果、ERGIC-53はわずか1残基のアミノ酸の違いを通じて、同一な糖鎖リガンドに対して2通りの異なった様式で立体障害を回避しつつ相互作用し、これにより幅広い糖鎖結合特異性を獲得していることが見出された。さらに、常磁性効果を利用したNMR法と分子動力シミュレーションを組み合わせることにより、ERGIC-53が認識する高マンノース型糖鎖のコンフォメーション揺らぎを原子分解能で定量的に評価する道を拓いた。
血液凝固因子の輸送を考えるにあたっては、ERGIC-53による糖鎖認識に加えて、MCFD2によるポリペプチド鎖との相互作用の機構を理解する必要がある。MCFD2が認識するアミノ酸配列をバイオインフォマティクス解析とNMR解析によって探索し、第V・第VIII因子のBドメインに候補配列を見出した。本ペプチドを用いて詳細な構造生物学解析を行う基盤を整えることができた。
(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(IgG)のFc領域とFcγ受容体の相互作用は、両者の糖鎖構造に依存している。本年度は植物等を含む種々の生物基材を利用して、糖鎖構造の異なるIgGを安定同位体標識体として調製した。得られたIgGについてNMR計測を行い、糖鎖がIgGの高次構造に及ぼす影響を探査するとともに、IgGのFc領域への変異導入がFcγ受容体等の親和性に及ぼす効果を表面プラズモン共鳴法などを利用して評価した。

現在までの達成度 (区分)
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

本年度に達成した重要な成果は、ERGIC-53、MCFD2、α1-2マンノトリース3糖からなる3者複合体の結晶構造に成功したことである。本研究成果は、2014年2月3日付けの米国の科学雑誌PLoS ONEに掲載された [Satoh et al. (2014) PLoS ONE, 9, e87963]。また、様々な生物基材を利用したIgGの安定導体標識に発現に成功し、糖鎖構造を異にするIgGのNMR解析を実施できた。以上、総合的に判断して概ね順調に研究は進展していると結論した。

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
本年度までに突き止めた積荷糖タンパク質上におけるERGIC-53/MCFD2との相互作用配列を中心に構造生物学解析に最適なペプチドを設計・作出し、これを用いて活性型MCFD2の相互作用をNMRを用いて精密解析する。また、X線結晶構造解析により、ERGIC-53・MCFD2・血液凝固因子ペプチドの複合体の立体構造解析を行い、積荷受容体による血液凝固因子の認識様式の構造基盤を原子レベルで解明することを試みる。こうした研究を通じて本複合体を標的とする創薬の基盤情報を得る。
(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
申請者らがこれまでに得た構造生物学データは、IgGのFcに結合しているフコース残基が、FcγRIIIとの相互作用において重要なアミノ酸残基の運動性を規定することにより相互作用を弱めている可能性を示唆している。そこで、糖鎖構造の改変やアミノ酸残基の置換がFcのレセプター結合部位のダイナミクスに及ぼす影響をNMRによる緩和実験等を実施することにより、原子レベルで定量的に評価する。さらに、IgGのFc領域を舞台とする分子間相互作用を総合的に検討することにより、抗体医薬の機能向上に資する基礎的構造情報を得る。

  • 研究成果

    (50件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち査読あり 7件) 学会発表 (43件) (うち招待講演 22件)

  • [雑誌論文] Structural basis for disparate sugar-binding specificities in the homologous cargo receptors ERGIC-53 and VIP362014

    • 著者名/発表者名
      Tadashi Satoh, Kousuke Suzuki, Takumi Yamaguchi, and Koichi Kato
    • 雑誌名

      PLoS ONE

      巻: 9 ページ: e87963

    • DOI

      10.1371/journal.pone.0087963

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Ero1-α and PDIs constitute a hierarchical electron transfer network of endoplasmic reticulum oxidoreductases2013

    • 著者名/発表者名
      Kazutaka Araki, Shun-ichiro Iemura, Yukiko Kamiya, David Ron, Koichi Kato, Tohru Natsume and Kazuhiro Nagata
    • 雑誌名

      J. Cell Biol.

      巻: 202 ページ: 861-874

    • DOI

      10.1083/jcb.201303027

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The unfolded protein response transducer ATF6 represents a novel transmembrane-type endoplasmic reticulum-associated degradation substrate requiring both mannose trimming and SEL1L protein2013

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Horimoto, Satoshi Ninagawa, Tetsuya Okada, Hibiki Koba, Takehiro Sugimoto, Yukiko Kamiya, Koichi Kato, Shunichi Takeda and Kazutoshi Mori
    • 雑誌名

      J. Biol. Chem.

      巻: 288 ページ: 31517-31527

    • DOI

      10.1074/jbc.M113.476010.

    • 査読あり
  • [雑誌論文] AGO61-dependent GlcNAc modification primes the formation of functional glycans on α-dystroglycan2013

    • 著者名/発表者名
      Hirokazu Yagi, Naoki Nakagawa, Takuya Saito, Hiroshi Kiyonari, Takaya Abe, Tatsushi Toda, Sz-Wei Wu, Kay-Hhoo Khoo, Shogo Oka, and Koichi Kato
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 3 ページ: 3288

    • DOI

      10.1038/srep03288

    • 査読あり
  • [雑誌論文] New NMR tools for characterizing the dynamic conformations and interactions of oligosaccharides2013

    • 著者名/発表者名
      Ying Zhang, Takumi Yamaguchi, and Koichi Kato
    • 雑誌名

      Chem. Lett.

      巻: 42 ページ: 1455-1462

    • DOI

      10.1246/cl. 130789

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 神経幹細胞の幹細胞性維持における複合糖質の役割2013

    • 著者名/発表者名
      矢木宏和,加藤晃一
    • 雑誌名

      生化学

      巻: 85 ページ: 1012-1016

    • 査読あり
  • [雑誌論文] IgG-FcとFc受容体の複合体形成における糖鎖の役割2013

    • 著者名/発表者名
      矢木宏和,加藤晃一
    • 雑誌名

      実験医学

      巻: 31 ページ: 1602-1606

    • 査読あり
  • [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
      大阪市立大学学術情報総合センター(大阪府)
    • 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
      国際高等研究所(京都府)
    • 招待講演
  • [学会発表] Structural glycobiology for biophysical decoding sweet messages

    • 著者名/発表者名
      Koichi Kato
    • 学会等名
      8th Asian Biophysics Association Symposium (ABA Jeju 2013)
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 招待講演
  • [学会発表] Paramagnetic NMR approaches for revealing conformational dynamics of oligosaccharides

    • 著者名/発表者名
      Takumi Yamaguchi, Ying Zhang, and Koichi Kato
    • 学会等名
      8th Asian Biophysics Association Symposium (ABA Jeju 2013)
    • 発表場所
      Jeju, Korea
  • [学会発表] Recombinant expression of an ER folding sensor UDP-glucose:glycoprotein glucosyltransferase

    • 著者名/発表者名
      Tong Zhu, Maho Yagi-Utsumi, Hirokazu Yagi, Tadashi Satoh, and Koichi Kato
    • 学会等名
      Korea and Japan joint symposium (Structural and functional studies on biomolecules)
    • 発表場所
      Jeju, Korea
  • [学会発表] 異なる生物基材で発現させた抗体の糖鎖プロファイリング

    • 著者名/発表者名
      矢木宏和
    • 学会等名
      平成25年度 比較グライコーム研究会
    • 発表場所
      名古屋市立大学(愛知県)
  • [学会発表] NMR analyses of conformational dynamics and interactions of oligosaccharides by employing paramagnetic probes

    • 著者名/発表者名
      Ying Zhang, Takumi Yamaguchi, Sayoko Yamamoto, Yoshinori Uekusa, Maho Yagi-Utsumi, and Koichi Kato
    • 学会等名
      The 22nd International Glycoconjugate Symposium (GLYCO 22)
    • 発表場所
      Dalian, China
  • [学会発表] ERGIC-53/MCFD2 複合体による糖鎖認識の構造基盤

    • 著者名/発表者名
      佐藤匡史,鈴木康介,西尾美穂,神谷由紀子,矢木真穂,水島恒裕,加藤晃一
    • 学会等名
      第59回 日本薬学会東海支部会
    • 発表場所
      名城大学(愛知県)
  • [学会発表] 安定同位体標識と常磁性プローブ導入による高マンノース型糖鎖のNMR動的構造解析

    • 著者名/発表者名
      山口拓実,Zhang Ying,王 進政,喜多島敏彦,千葉靖典,戸谷希一郎,神谷由紀子,加藤晃一
    • 学会等名
      第32回日本糖質学会年会
    • 発表場所
      大阪国際交流センター(大阪府)
  • [学会発表] 積荷受容体ERGIC-53/MCFD2による糖鎖認識の構造基盤

    • 著者名/発表者名
      佐藤匡史,鈴木康介,西尾美穂,神谷由紀子,矢木真穂,水島恒裕,加藤晃一
    • 学会等名
      第32回日本糖質学会年会
    • 発表場所
      大阪国際交流センター(大阪府)
  • [学会発表] 立体構造からみた糖鎖の不均一性

    • 著者名/発表者名
      加藤晃一
    • 学会等名
      第32回日本糖質学会年会
    • 発表場所
      大阪国際交流センター(大阪府)
    • 招待講演
  • [学会発表] NMRを用いた糖鎖のコンフォメーション揺らぎとクラスター特性の解析

    • 著者名/発表者名
      山口拓実,加藤晃一
    • 学会等名
      国際高等研研究プロジェクト「分子基盤に基づく生体機能ネットワークと ダイナミクスの解明」第2回研究会
    • 発表場所
      国際高等研究所(京都府)
    • 招待講演
  • [学会発表] NMRを用いた生命分子のダイナミクス解析

    • 著者名/発表者名
      加藤晃一
    • 学会等名
      第2回 立命館大学BKC生体分子ネットワークセミナー
    • 発表場所
      立命館大学(滋賀県)
    • 招待講演
  • [学会発表] Atomic anatomy of antibody as glycoprotein

    • 著者名/発表者名
      Koichi Kato
    • 学会等名
      World Biopharma Week China Focus 2013
    • 発表場所
      Shanghai, China
    • 招待講演
  • [学会発表] Paramagnetism-assisted NMR for atomic description of dynamic oligosaccharides

    • 著者名/発表者名
      Ying Zhang, Takumi Yamaguchi, Sayoko Yamamoto, and Koichi Kato
    • 学会等名
      糖鎖科学中部拠点 第11回若手の力フォーラム
    • 発表場所
      名古屋市立大学(愛知県)
  • [学会発表] Bacterial expression and EM analysis of UDP-glucose glycosyltransferase from a thermophilic fungus

    • 著者名/発表者名
      Tong Zhu, Kazuyoshi Murata, Takahasu Toshimori, Maho Yagi-Utsumi, Tadashi Sato, and Koichi Kato
    • 学会等名
      糖鎖科学中部拠点 第11回若手の力フォーラム
    • 発表場所
      名古屋市立大学(愛知県)
  • [学会発表] バイオ医薬品の構造をみる

    • 著者名/発表者名
      加藤晃一
    • 学会等名
      第22回日本バイオイメージング学会学術集会
    • 発表場所
      東京大学薬学部講堂(東京都文京区)
    • 招待講演
  • [学会発表] 糖鎖が担う タンパク質社会の秩序維持

    • 著者名/発表者名
      加藤晃一
    • 学会等名
      市民公開講座・第99回分子科学フォーラム
    • 発表場所
      岡崎コンファレンスセンター(愛知県)
    • 招待講演
  • [学会発表] ランタニドイオンを活用した常磁性NMR法による糖鎖の動的構造解析

    • 著者名/発表者名
      山口拓実,Zhang Ying,王 進政,戸谷希一郎,榮 慶丈,岡本祐幸,神谷由紀子,加藤 晃一
    • 学会等名
      第7回バイオ関連化学シンポジウム
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県)
  • [学会発表] 常磁性効果を活用した糖鎖の立体構造解析-NMRと分子動力学計算によるコンフォメーション空間の探査-

    • 著者名/発表者名
      山口拓実
    • 学会等名
      日本分光学会NMR分光部会
    • 発表場所
      名古屋大学理学研究科付属構造生物学研究センター(愛知県)
    • 招待講演
  • [学会発表] 多次元HPLC法およびNMR法による糖鎖解析技術

    • 著者名/発表者名
      加藤晃一
    • 学会等名
      抗体バイオ分析セミナー-抗体/バイオ医薬品における各種分析手法および解析手法-
    • 発表場所
      ゆうぽうと(東京都品川区)
    • 招待講演
  • [学会発表] NMR characterization of dynamic conformational ensembles of oligosaccharides and intermolecular interactions in glycolipid clusters

    • 著者名/発表者名
      Koichi Kato
    • 学会等名
      5th Asia-Pacific NMR Symposium in conjunction with ANZMAG 2013
    • 発表場所
      Brisbane, Australia
    • 招待講演
  • [学会発表] 糖鎖の機能解明を目指したNMRアプローチ

    • 著者名/発表者名
      加藤晃一
    • 学会等名
      第52回NMR討論会
    • 発表場所
      石川県立音楽堂(石川県)
    • 招待講演
  • [学会発表] EM tomography analysis of ER folding sensor enzyme UDP-glucose: glycoprotein glucosyltransferase

    • 著者名/発表者名
      Tong Zhu, Kazuyoshi Murata, Takayasu Toshimori, Takumi Yamaguchi, Maho Yagi-Utsumi, Tadashi Satoh, and Koichi Kato
    • 学会等名
      平成25年度 生理学研究所研究会「電子顕微鏡機能イメージングの医学・生物学への応用」
    • 発表場所
      岡崎コンファレンスセンター(愛知県)
  • [学会発表] 糖鎖を見る:分子模型からムービーへ

    • 著者名/発表者名
      加藤晃一
    • 学会等名
      平成25年度 生理学研究所研究会「構造の多様性に立脚した糖鎖機能の解明に向けて」
    • 発表場所
      生理学研究所(愛知県)
    • 招待講演
  • [学会発表] Overall structure of ER folding sensor UDP-glucose: glycoprotein glucosyltransferase revealed by EM tomography

    • 著者名/発表者名
      Tong Zhu, Kazuyoshi Murata, Takayasu Toshimori, Takumi Yamaguchi, Maho Yagi-Utsumi, Tadashi Satoh, and Koichi Kato
    • 学会等名
      山田研究会・統合バイオサイエンスシンポジウム
    • 発表場所
      伊良湖ビューホテル(愛知県)
  • [学会発表] タンパク質社会の秩序維持における糖鎖の役割

    • 著者名/発表者名
      加藤晃一
    • 学会等名
      お茶の水女子大学 糖鎖科学教育研究センター 第6回 公開シンポジウム
    • 発表場所
      お茶の水女子大学(東京都文京区)
    • 招待講演
  • [学会発表] Paramagnetism-assisted NMR evaluation of molecular dynamics simulations for conformational characterization of oligosaccharides

    • 著者名/発表者名
      Takumi Yamaguchi, Ying Zhang, Yukiko Kamiya, Yoshitake Sakae, Yuko Okamoto, and Koichi Kato
    • 学会等名
      6th Japan-Korea Seminars on Biomolecular Science : Experiments and Simulation
    • 発表場所
      岡崎コンファレンスセンター(愛知県)
  • [学会発表] Position selective 13C labeling of multi-antennary oligosaccharides for NMR analysis

    • 著者名/発表者名
      Panuwat Padungros, Takumi Yamaguchi, and Koichi Kato
    • 学会等名
      SOKENDAI Asian Winter School "Innovations and Challenges in Molecular Science: From Basics to Cutting-edge Researches”
    • 発表場所
      岡崎コンファレンスセンター(愛知県)
  • [学会発表] 核磁気共鳴法による糖鎖の3次元構造ダイナミクスの解明

    • 著者名/発表者名
      山口拓実
    • 学会等名
      第 2 回 NINS Colloquium
    • 発表場所
      ヤマハリゾートつま恋(静岡県)
  • [学会発表] Structural biology of glycoconjugates: sugar chains as therapeutic targets

    • 著者名/発表者名
      Koichi Kato
    • 学会等名
      Yonsei-IMS Seminars on Biomolecular Sciences : Protein Structure and Diseases
    • 発表場所
      Busan, Korea
    • 招待講演
  • [学会発表] Structural basis for disparate sugar-binding specificities in the homologous cargo receptors ERGIC-53 and VIP36

    • 著者名/発表者名
      Tadashi Satoh, Kosuke Suzuki, Takumi Yamaguchi, and Koichi Kato
    • 学会等名
      Yonsei-IMS Seminars on Biomolecular Sciences : Protein Structure and Diseases
    • 発表場所
      Busan, Korea
    • 招待講演
  • [学会発表] Elucidation of the conformational dynamics of oligosaccharides by using paramagnetism-assisted NMR spectroscopy

    • 著者名/発表者名
      Ying Zhang, Takumi Yamaguchi, Sayoko Yamamoto, and Koichi Kato
    • 学会等名
      Yonsei-IMS Seminars on Biomolecular Sciences : Protein Structure and Diseases
    • 発表場所
      Busan, Korea
  • [学会発表] The structural biology study on ER folding sensor UDP-glucose:glycoprotein glucosyltransferase (UGGT)

    • 著者名/発表者名
      Tong Zhu, Kazuyoshi Murata, Takayasu Toshimori, Takumi Yamaguchi, Maho Yagi-Utsumi, Tadashi Satoh, and Koichi Kato
    • 学会等名
      Yonsei-IMS Seminars on Biomolecular Sciences : Protein Structure and Diseases
    • 発表場所
      Busan, Korea
  • [学会発表] Conformational dynamics of oligosaccharides characterized by paramagnetism-assisted NMR spectroscopy in conjunction with molecular dynamics simulation

    • 著者名/発表者名
      Koichi Kato
    • 学会等名
      The 10th International Symposium on Biochemical roles of Eukaryotic Cell Surface Macromolecules
    • 発表場所
      Kolkata, India
    • 招待講演
  • [学会発表] NMR approaches for elucidating the functional roles of carbohydrate chains

    • 著者名/発表者名
      Koichi Kato
    • 学会等名
      20th Symposium of National Magnetic Resonance Society (NMRS-2014)
    • 発表場所
      Assam, India
    • 招待講演
  • [学会発表] 生命分子の揺らぎと秩序形成

    • 著者名/発表者名
      加藤晃一
    • 学会等名
      日本学術振興会 分子系の複合電子機能第181委員会
    • 発表場所
      国際高等研究所(京都府)
    • 招待講演
  • [学会発表] 超高磁場NMR分光法を中心としたタンパク質の高次構造・相互作用解析

    • 著者名/発表者名
      加藤晃一
    • 学会等名
      第2回 ISITナノ・バイオフォーラム
    • 発表場所
      福岡市産学連携交流センター(福岡県)
    • 招待講演
  • [学会発表] 小胞体品質管理に関わるグルコシダーゼIIの基質認識機構の構造基盤

    • 著者名/発表者名
      年森隆泰,佐藤匡史,Zhu Tong,加藤晃一
    • 学会等名
      2013年度 生物物理中部支部会
    • 発表場所
      岡崎コンファレンスセンター(愛知県)
  • [学会発表] Structural-architecture of the ER glycoprotein folding sensor UDP-glucose:glycoprotein glucosyltransferase (UGGT)

    • 著者名/発表者名
      Tong Zhu, Tadashi Satoh, Kazuyoshi Murata, Hironari Kamikubo, Takayasu Toshimori, Takumi Yamaguchi, Maho Yagi-Utsumi, and Koichi Kato
    • 学会等名
      2013年度 生物物理中部支部会
    • 発表場所
      岡崎コンファレンスセンター(愛知県)
  • [学会発表] NMRを応用した糖鎖の動的構造解析

    • 著者名/発表者名
      加藤晃一
    • 学会等名
      よこはまNMR構造生物学研究会 第49回ワークショップ
    • 発表場所
      理化学研究所横浜研究所交流棟ホール(神奈川県)
    • 招待講演
  • [学会発表] 小胞体糖タンパク質フォールディング装置を構成するタンパク質群の構造生物学研究

    • 著者名/発表者名
      佐藤匡史,年森隆泰,Tong Zhu,村田和義,山口拓実,矢木真穂,加藤晃一
    • 学会等名
      日本薬学会134年会
    • 発表場所
      熊本大学(熊本県)
  • [学会発表] Elucidation of the conformational dynamics of oligosaccharides by paramagnetism-assisted NMR approach

    • 著者名/発表者名
      Ying Zhang, Takumi Yamaguchi, Sayoko Yamamoto, Yoshitake Sakae, Yuko Okamoto, and Koichi Kato
    • 学会等名
      日本化学会第94春季年会
    • 発表場所
      名古屋大学(愛知県)

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公開日: 2015-05-28  

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