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

2014 年度 実績報告書

• 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

研究実績の概要

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
3本鎖高マンノース型糖鎖の中央の枝の末端マンノース残基の除去は分解経路に向かう第一歩となる一方、別の枝の一端には小胞体シャペロンの認識タグとなるグルコース残基が提示される。平成26年度は、細胞レベルでの糖鎖プロファイリングの結果に基づいてマンノース切除における一連のマンノシダーゼの役割分担を明らかにするとともに、立体構造未完成の糖タンパク質の糖鎖末端にグルコース残基を転移する酵素UGGTの基質認識ドメインの一部に関して3次元構造情報を得ることに初めて成功した。また、前年度までに得られた知見に基づき、糖タンパク質を小胞体から搬出するカーゴ受容体ERGIC53-MCFD2複合体と血液凝固因子の結合モチーフに関して、NMRやカロリメトリーによる解析を実施し、基質認識の構造基盤に関する情報を収集した。さらに、高マンノース型糖鎖が特定の糖残基の除去に伴ってコンフォメーション空間を有意に広げる様子や、レクチンによる分子認識に際して多様な構造アンサンブルの中の特定のコンフォマーが選ばれる様子を明らかにすることができた。
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
ヒトIgG1のFc領域についてNMRシグナルの帰属を行い、溶液中における高次構造情報を容易に取得することを可能とした。さらに、トランスジェニックタバコやカイコを用いて安定同位体標識を施したIgGを発現させ、それらの構造の差異を調べた。その結果、異なる生産基材を用いて調製したIgG-Fcは、糖鎖付近の立体構造に影響を受けるものの、それ以外のほとんどの部位について、高次構造が保持されていることを明らかにした。また、抗体依存性細胞障害活性に関わる、Fcγ受容体上に発現している糖鎖の構造に関するデータも取得することができた。これらの成果は、抗体医薬品開発において重要な知見をもたらすものと期待される。

現在までの達成度 (段落)

26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

26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] 糖鎖構造学研究の新展開 (2015)
  • 著者名/発表者名: 加藤晃一
  • 雑誌名: BIOTOVO 巻: 23 ページ: 2-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Emerging structural insights into glycoprotein quality control coupled with N-glycan processing in the endoplasmic reticulum (2015)
  • 著者名/発表者名: T.Satoh, T.Yamaguchi, and K.Kato
  • 雑誌名: Molecules 巻: 20 ページ: 2475-2491
  • DOI: 10.3390/molecules20022475
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 糖鎖の立体構造を描き出す (2015)
  • 著者名/発表者名: 山口拓実, 加藤晃一
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 55 ページ: 81-83
  • DOI: 10.2142/biophys.55.081
  • 査読あり
• [雑誌論文] Backbone 1H, 13C, and 15N resonance assignments of the Fc fragment of human immunoglobulin G glycoprotein (2015)
  • 著者名/発表者名: H.Yagi, Y.Zhang, M.Yagi-Utsumi, T.Yamaguchi, S.Iida, Y.Yamaguchi, and K.Kato
  • 雑誌名: Biomol. NMR Assign. 巻: - ページ: in press
  • DOI: 10.1007/s12104-014-9586-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] NMR-based structural validation of therapeutic antibody produced in Nicotiana benthamiana (2015)
  • 著者名/発表者名: H.Yagi, N.Fukuzawa, Y.Tasaka, K.Matsuo, Y.Zhang, T.Yamaguchi, S.Kondo, S.Nakazawa, N.Hashii, N.Kawasaki, T.Matsumura, and K.Kato
  • 雑誌名: Plant Cell Rep. 巻: - ページ: in press
  • DOI: 10.1007/s00299-015-1757-1
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Stable isotope labeling of glycoprotein expressed in silkworms using immunoglobulin G as a test molecule (2015)
  • 著者名/発表者名: H.Yagi, M.Nakamura, J.Yokoyama, Y.Zhang, T.Yamaguchi, S.Kondo, J.Kobayashi, T.Kato, E.Y.Park, S.Nakazawa, N.Hashii, N.Kawasaki, and K.Kato
  • 雑誌名: J. Biomol. NMR 巻: - ページ: in press
  • DOI: 10.1007/s10858-015-9930-y
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 糖鎖依存的構造異常タンパク質分解に必須な糖鎖刈り込み機構を解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 蜷川 暁, 加藤晃一, 森 和俊
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: - ページ: in press
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Glycan structure and serum half-life of recombinant CTLA4Ig, an immunosuppressive agent, expressed in suspension-cultured rice cells with coexpression of human β1,4-galactosyltransferase and human CTLA4Ig (2015)
  • 著者名/発表者名: S.H.Kang, H.S.Jung, S.J.Lee1, C.I.Park, S.M.Lim, H.Park, B.S.Kim, K.H.Na, G.J.Han, J.W.Bae, H.J.Park, K.C.Bang, B.T.Park, H.S.Hwang, I.-Soo .Jung, J.I.Kim, D.B.Oh, D.I.Kim, H.Yagi, K.Kato, D.K.Kim, and H.H.Kim
  • 雑誌名: Glycoconjugate J. 巻: - ページ: in press
  • DOI: 10.1007/s10719-015-9590-x
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] EDEM2 initiates mammalian glycoprotein ERAD by catalyzing the first mannose trimming step (2014)
  • 著者名/発表者名: S.Ninagawa, T.Okada, Y.Sumitomo, Y.Kamiya, K.Kato, S.Horimoto, T.Ishikawa, S.Takeda, T.Sakuma, T.Yamamoto, and K.Mori
  • 雑誌名: J. Cell Biol. 巻: 206 ページ: 347-356
  • DOI: 10.1083/jcb.201404075
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Site-specific classification of N-linked oligosaccharides of the extracellular regions of Fcγ receptor IIIb expressed in baby hamster kidney cells (2014)
  • 著者名/発表者名: N.Kawasaki, T.Okumoto, Y.Yamaguchi, N.Takahashi, W.H.Fridman, C.Sautes-Fridman, H.Yagi, and K.Kato
  • 雑誌名: J. Glycomics Lipidomics 巻: 4 ページ: 116
  • DOI: 10.4172/2153-0637.1000116
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Exploration of conformational spaces of high-mannose-type oligosaccharides by an NMR-validated simulation (2014)
  • 著者名/発表者名: T.Yamaguchi, Y.Sakae, Y.Zhang, S.Yamamoto, Y.Okamoto, and K.Kato
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 53 ページ: 10941-10944
  • DOI: 10.1002/ange.201406145
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structural insight into substrate recognition by the endoplasmic reticulum folding-sensor enzyme: crystal structure of third thioredoxin-like domain of UDP-glucose:glycoprotein glucosyltransferase (2014)
  • 著者名/発表者名: T.Zhu, T.Satoh, and K.Kato
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 4 ページ: 7322
  • DOI: 10.1038/srep07322
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Recent advances in glycoprotein production for structural biology: toward tailored design of glycoforms (2014)
  • 著者名/発表者名: Y.Kamiya, T.Satoh, and K.Kato
  • 雑誌名: Curr. Opin. Struct. Biol. 巻: 26 ページ: 44-53
  • DOI: 10.1016/j.sbi.2014.03.008
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 糖鎖構造生物学の最前線 (2014)
  • 著者名/発表者名: 矢木宏和, 矢木-内海真穂, 加藤晃一
  • 雑誌名: ファルマシア 巻: 50 ページ: 746-750
  • 査読あり
• [学会発表] NMR解析に基づく分子シミュレーションによる高マンノース型糖鎖の動的立体構造の解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 山口拓実, 榮 慶丈, 岡本祐幸, 加藤晃一
  • 学会等名: 日本化学会 第95春季年会
  • 発表場所: 日本大学(千葉県船橋市）
  • 年月日: 2015-03-27
• [学会発表] 複合糖質の構造生物学と創薬 (2015)
  • 著者名/発表者名: 加藤晃一
  • 学会等名: 第4回岐阜構造生物学・医学・論理的創薬研究会シンポジウム
  • 発表場所: 岐阜薬科大学（岐阜県岐阜市）
  • 年月日: 2015-03-05
  • 招待講演
• [学会発表] Conformational dynamics and interactions of oligosaccharides and glycoconjugate (2015)
  • 著者名/発表者名: Koichi Kato
  • 学会等名: 第４回よこはまNMR研究会
  • 発表場所: 理化学研究所・横浜研究所交流棟ホール（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2015-02-04
  • 招待講演
• [学会発表] Structural basis for sugar trimming reactions by glucosidase II involved glycoprotein quality control system (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Satoh, T. Toshimori, T. Zhu, G. Yan, T. Yamaguchi, and K. Kato
  • 学会等名: The 5th Yonsei-IMS Joint Workshop: “Multilateral approaches for investigating biomolecular structures and functions”
  • 発表場所: 箱根高原ホテル（神奈川県足柄郡）
  • 年月日: 2015-01-30 – 2015-02-01
• [学会発表] Structural aspects of glycoprotein folding sensor enzyme (UGGT): A combined X-ray crystallography and small angle X-ray scattering study (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Zhu, T. Satoh, H. Kamikubo, and K. Kato
  • 学会等名: The 5th Yonsei-IMS Joint Workshop: “Multilateral approaches for investigating biomolecular structures and functions
  • 発表場所: 箱根高原ホテル（神奈川県足柄郡）
  • 年月日: 2015-01-30 – 2015-02-01
• [学会発表] Elucidation of conformational dynamics of oligosaccharides by NMR spectroscopy and molecular dynamics simulation (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Yamaguchi, Y. Zhang, and K. Kato
  • 学会等名: The 5th Yonsei-IMS Joint Workshop: “Multilateral approaches for investigating biomolecular structures and functions
  • 発表場所: 箱根高原ホテル（神奈川県足柄郡）
  • 年月日: 2015-01-30 – 2015-02-01
• [学会発表] Structural views of glycans in physiological and pathological contexts (2015)
  • 著者名/発表者名: Koichi Kato
  • 学会等名: CU-IMS workshop
  • 発表場所: Bangkok、Thailand
  • 年月日: 2015-01-24
  • 招待講演
• [学会発表] NMRを利用した抗体の高次構造解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 加藤晃一
  • 学会等名: 平成26年度先駆的医薬品・医療機器研究発掘支援事業成果発表会－彩都産学官連携フォーラム2015－
  • 発表場所: 千里ライフサイエンスセンター（大阪府豊中市）
  • 年月日: 2015-01-21
  • 招待講演
• [学会発表] Structural insight into the ER folding sensor enzyme UDP-glucose: glycoprotein glucosyltransferase (UGGT) (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Zhu, T. Satoh, H. Kamikubo, and K. Kato
  • 学会等名: The 3rd International Symposium on Dynamical Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions
  • 発表場所: 合歓の里（三重県志摩市）
  • 年月日: 2015-01-10 – 2015-01-11
• [学会発表] Elucidation of the molecular basis of oligosaccharide functions by NMR spectroscopy and molecular dynamics simulation (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Yamaguchi, Y. Sakae, M. Yagi-Utsumi, Y. Zhang, S. Yamamoto, Y. Okamoto, and K. Kato
  • 学会等名: The 3rd International Symposium on Dynamical Ordering of Biomolecular Systems for Creation of Integrated Functions
  • 発表場所: 合歓の里（三重県志摩市）
  • 年月日: 2015-01-10 – 2015-01-11
• [学会発表] Structural basis for recognition of the terminal glucose tag of N-glycans as fate-determinant of glycoproteins in cells (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Satoh, T. Toshimori, K. Suzuki, T. Yamaguchi, G. Yan, T. Zhu and K. Kato
  • 学会等名: The 7th Korea-Japan Seminars on Biomolecular Sciences: Experiments and Simulations
  • 発表場所: Seoul、Korea
  • 年月日: 2014-11-26 – 2014-11-27
  • 招待講演
• [学会発表] EDEM1/2/3 areα1,2-mannosidases essential for endoplasmic reticulum-associated degradation of glycoproteins (2014)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Ninagawa, Tetsuya Okada, Yoshiki Sumitomo, Yukiko Kamiya, Satoshi Horimoto, Tokiro Ishikawa, Shunichi Takeda, Tetsushi Sakuma, Takashi Yamamoto, Koichi Kato and Kazutoshi Mori
  • 学会等名: Sarellite Symposium II “Glycans in Neuroscience”
  • 発表場所: Honolulu、U.S.A.
  • 年月日: 2014-11-16
• [学会発表] NMRを利用した抗体の高次構造バリデーション (2014)
  • 著者名/発表者名: 矢木宏和
  • 学会等名: 第5回グライコバイオロジクス研究会
  • 発表場所: 臨床研究情報センター（兵庫県神戸市）
  • 年月日: 2014-11-01
• [学会発表] X線とNMRによる抗体の構造解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 加藤晃一
  • 学会等名: 第87回日本生化学会大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • 年月日: 2014-10-18
  • 招待講演
• [学会発表] タンパク質機能の制御に関わるN型糖鎖構造の多様性と多型性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 加藤晃一
  • 学会等名: 第87回 日本生化学会大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • 年月日: 2014-10-17
  • 招待講演
• [学会発表] 古くて新しい小胞体の糖鎖生物学 (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐藤匡史
  • 学会等名: 第87回 日本生化学会大会
  • 発表場所: 国立京都国際会館（京都府京都市）
  • 年月日: 2014-10-15
  • 招待講演
• [学会発表] 小胞体糖タンパク質品質管理に関わるグルコシダーゼIIの基質認識機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 年森隆泰，佐藤匡史，Gengwei Yan，山口拓実，Tong Zhu，加藤晃一
  • 学会等名: 第1回「動的秩序と機能」若手研究会
  • 発表場所: ラフォーレ蔵王（宮城県刈田郡）
  • 年月日: 2014-09-29
• [学会発表] Crystal structure of third thioredoxin-like domain of ER folding sensor glucosyltransferase (2014)
  • 著者名/発表者名: Tong Zhu, Tadashi Satoh, Koichi Kato
  • 学会等名: 第1回「動的秩序と機能」若手研究会
  • 発表場所: ラフォーレ蔵王（宮城県刈田郡）
  • 年月日: 2014-09-28
• [学会発表] 糖タンパク質品質管理システムにおける糖鎖修飾メカニズムの構造基盤Structural basis for the glycan-processing mechanisms in glycoprotein quality control system (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐藤匡史，加藤晃一
  • 学会等名: 第52回 日本生物物理学会年会
  • 発表場所: 札幌コンベンションセンター（北海道札幌市）
  • 年月日: 2014-09-26
  • 招待講演
• [学会発表] NMR exploration of dynamic conformations and interactions of oligosaccharides and glycoconjugates (2014)
  • 著者名/発表者名: Koichi Kato
  • 学会等名: The 6th Iberoamerican NMR meeting // IV Iberian NMR meeting //VII Reunion Bienal del GERMN
  • 発表場所: Alcala de Henares、Spain
  • 年月日: 2014-09-24
  • 招待講演
• [学会発表] Structural basis for fate determination and functional regulation of proteins mediated by sugar chains (2014)
  • 著者名/発表者名: Koichi Kato
  • 学会等名: The Cordeliers Research Center Seminar
  • 発表場所: Paris、France
  • 年月日: 2014-09-19
  • 招待講演
• [学会発表] Structural views of physiological and pathological roles of glycans (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Kato
  • 学会等名: Academia Sinica Institutional Lecture
  • 発表場所: Taipei 、Taiwan
  • 年月日: 2014-09-10 – 2014-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] Exploration of conformational dynamics of oligosaccharides by stable isotope- and lanthanide- assisted NMR approaches (2014)
  • 著者名/発表者名: Takumi Yamaguchi, Ying Zhang, Yukiko Kamiya, Sayoko Yamamoto, and Koichi Kato
  • 学会等名: XXVIth International Council on Magnetic Resonance in Biological Systems (ICMRBS)
  • 発表場所: Dallas、U.S.A.
  • 年月日: 2014-08-28
• [学会発表] 小胞体で新生タンパク質に付加されたN型糖鎖からのマンノーストリミングはEDEM2によって開始される (2014)
  • 著者名/発表者名: 蜷川 暁，岡田徹也，住友嘉樹，神谷由紀子，堀本 賢，石川時郎，武田俊一，佐久間哲史，山本 卓，加藤晃一，森 和俊
  • 学会等名: 第33回 日本糖質学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学(愛知県名古屋市)
  • 年月日: 2014-08-11
• [学会発表] 小胞体グルコシダーゼIIの基質認識メカニズムの構造基盤 (2014)
  • 著者名/発表者名: 年森隆泰，佐藤匡史，Gengwei Yan，山口拓実，Tong Zhu，加藤晃一
  • 学会等名: 第33回 日本糖質学会年会
  • 発表場所: 名古屋大学(愛知県名古屋市)
  • 年月日: 2014-08-11
• [学会発表] Structural basis for substrate recognition mechanism of ER glucosidase II (2014)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Satoh, Takayasu Toshimori, Takumi Yamaguchi, Zhu Tong, and Koichi Kato
  • 学会等名: 23rd Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography
  • 発表場所: Montreal、Canada
  • 年月日: 2014-08-07
• [学会発表] 糖タンパク質の細胞内プロセッシングに関わるグルコシダーゼⅡの基質認識メカニズム (2014)
  • 著者名/発表者名: 年森隆泰，佐藤匡史，Gengwei Yan，山口拓実，Tong Zhu，加藤晃一
  • 学会等名: 第12回 次世代を担う若手のためのフィジカル・ファーマフォーラム
  • 発表場所: 箱根高原ホテル（神奈川県足柄郡）
  • 年月日: 2014-07-14
• [学会発表] 小胞体品質管理システムに関わるグルコシダーゼIIの基質認識機構Substrate recognition mechanism of glucosidase II involved in ER quality control system (2014)
  • 著者名/発表者名: 佐藤 匡史，年森 隆泰，山口 拓実，Zhu Tong，加藤 晃一
  • 学会等名: 第14回 日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: ワークピア横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2014-06-26
• [学会発表] 揺らめく糖鎖のかたちとはたらき (2014)
  • 著者名/発表者名: 山口拓実
  • 学会等名: 「宇宙・生命・脳・物質・エネルギー」若手研究者による Rising SunⅢ自然科学研究機構若手研究者賞記念講演
  • 発表場所: 日本科学未来館（東京都江東区）
  • 年月日: 2014-06-15
• [学会発表] 小胞体でのN型糖鎖マンノースのトリミングはEDEM2によって開始される (2014)
  • 著者名/発表者名: 蜷川 暁
  • 学会等名: 平成26年度 比較グライコーム研究会
  • 発表場所: 名古屋市立大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2014-06-07
• [学会発表] カーゴレセプターERGIC-53/MCFD2複合体による糖タンパク質認識メカニズムの構造基盤 (2014)
  • 著者名/発表者名: 鈴木康介，佐藤匡史，山口拓実，西尾美穂，神谷由紀子，矢木真穂，加藤晃一
  • 学会等名: 第78回 日本生化学会中部支部例会
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2014-05-24
• [学会発表] 糖タンパク質品質管理に関わるグルコシダーゼIIの基質認識メカニズムの構造基盤 (2014)
  • 著者名/発表者名: 年森隆泰，佐藤匡史，Genwei Yan，山口拓実，Zhu Tong，加藤晃一
  • 学会等名: 第78回 日本生化学会中部支部例会
  • 発表場所: 名古屋大学（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2014-05-24
• [学会発表] Structural views of glycosylation as potential drug target (2014)
  • 著者名/発表者名: Koichi Kato
  • 学会等名: The 4th Asia Pacific Protein Association (APPA) Conference
  • 発表場所: Jeju、Korea
  • 年月日: 2014-05-20
  • 招待講演
• [学会発表] Structural insights into substrate recognition mechanism of glycoprotein processing enzyme ER glucosidase II (2014)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Satoh, Takayasu Toshimori, Takumi Yamaguchi, Tong Zhu, and Koichi Kato
  • 学会等名: The 4th Asia Pacific Protein Association (APPA) Conference
  • 発表場所: Jeju、Korea
  • 年月日: 2014-05-18
• [学会発表] 創薬と生命分子構造学 (2014)
  • 著者名/発表者名: 加藤晃一
  • 学会等名: 名古屋市立大学見学模擬授業
  • 発表場所: 名古屋市立大学(愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2014-05-14
  • 招待講演
• [図書] Advances in Neurobiology (2014)
  • 著者名/発表者名: Y.Yamaguchi, T.Yamaguchi, and K.Kato
  • 総ページ数: 584（165-183）
  • 出版者: Springer (New York)
• [図書] Advances in Experimental Medicine and Biology (2014)
  • 著者名/発表者名: Y.Zhang, T.Yamaguchi, T.Satoh, M.Yagi-Utsumi, Y.Kamiya, Y.Sakae, Y.Okamoto, and K.Kato
  • 総ページ数: 411(217-230)
  • 出版者: Springer (Switzerland)
• [備考] 構造異常糖タンパク質の分解に必須な糖鎖刈り込み機構を解明
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2014/140902_1.html
• [備考] 水中で絶え間なく揺らいでいる糖鎖の立体構造を描き出す
  • URL: https://www.ims.ac.jp/news/2014/09/05_2994.html