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2013 年度 実績報告書

1分子観察法を用いたGPCRダイマーの機能の解明

研究課題

研究課題/領域番号 24770120
研究機関京都大学

研究代表者

笠井 倫志  京都大学, 再生医科学研究所, 助教 (20447949)

キーワード生物物理 / 1分子計測 / Gタンパク質共役型受容体 / ダイマー形成
研究概要

本研究では、蛍光色素1分子観察法を用いてタンパク質を1分子ずつ可視化し、分子同士の相互作用を直接にとらえる、という手法を用いる事が大きな特徴である。この方法を用いて、3量体Gタンパク質共役型受容体(GPCR)のダイマー形成、および、下流のシグナル伝達機構との関わりを明らかにすることが本研究の目的である。
代表的なGPCRの1つである、β2アドレナリン受容体(b2AR)をもちいて、生細胞膜上での受容体の1分子観察を行った結果、b2ARは、膜上をほぼランダムに拡散することで、動的なダイマー(2量体)とモノマー(単量体)を形成しており、この2つの状態の間で動的平衡にある事が分かった。そこでまず、(1)この平衡を記述するモノマー・ダイマーの平衡定数、ダイマー形成のオフレート、オンレートをそれぞれ決定した。
次に、アゴニストを加えて受容体を活性化すると、(2)b2ARのダイマー寿命は、刺激前と比べて約40%延びるという、ダイマー形成が下流のシグナル伝達に寄与している事を示唆する結果を得た。
さらに、b2ARにリクルートしてくる下流の3量体Gタンパク質の様子を、蛍光2色同時1分子観察を行って観察し、ダイマーとモノマーについてそれぞれ分けて相互作用を調べると、(3)受容体の活性化の前後で、下流の3量体Gタンパク質とダイマーとモノマーのそれぞれに対する結合時間や頻度に大きな変化は見られなかったが、b2ARと3量体Gタンパク質は、寿命約50ミリ秒以下という極めて短時間結合したのちに解離する、という様子を繰り返しているらしいことが分かってきた。
以上の結果から、GPCRは、それ自身が動的にダイマー形成と解離を繰り返しながら、下流の3量体Gタンパク質分子と一時的に相互作用して、シグナルを下流に伝えるという、GPCRのシグナル伝達の様子の一端を解明することができた。

  • 研究成果

    (5件)

すべて 2014 2013

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (2件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Single-molecule imaging revealed dynamic GPCR dimerization2014

    • 著者名/発表者名
      Kasai RS, Kusumi A
    • 雑誌名

      Curr. Biol.

      巻: 27 ページ: 373-390

    • DOI

      10.1016/j.ceb.2013.11.008

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Biocompatible fluorescent silicon nanocrystals for single-molecule tracking and fluorescence imaging2013

    • 著者名/発表者名
      Nishimura H, Ritchie K, Kasai RS, Goto M, Morone N, Sugimura H, Tanaka K, Sase I, Yoshimura A, Nakano Y, Fujiwara TK, Kusumi A
    • 雑誌名

      J. Cell Biol.

      巻: 202 ページ: 967-983

    • DOI

      10.1083/jcb.201301053

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Single-Molecule Imaging of Receptor–Receptor Interactions2013

    • 著者名/発表者名
      Suzuki KGN, Kasai RS, Fujiwara TK, Kusumi A
    • 雑誌名

      Methods Cell Biol.

      巻: 117 ページ: 373-390

    • DOI

      10.1016/B978-0-12-408143-7.00020-7

    • 査読あり
  • [学会発表] GPCR dimers as active signal triggers: inverse agonist effects revealed by single-molecule imaging analysis2013

    • 著者名/発表者名
      Rinshi S. Kasai, Takahiro K. Fujiwara, and Akihiro Kusumi
    • 学会等名
      日本生物物理学会 第51回年回
    • 発表場所
      京都
    • 年月日
      20131028-20131030
  • [学会発表] Transient GPCR dimers trigger signaling as revealed by single-molecule imaging2013

    • 著者名/発表者名
      Kasai RS, Kusumi A
    • 学会等名
      The 2013 Cold Spring Harbor Asia Conference “NEW ADVANCES IN OPTICAL IMAGING OF LIVE CELLS & ORGANISMS”
    • 発表場所
      蘇州 中国
    • 年月日
      20130820-20130823
    • 招待講演

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公開日: 2015-05-28  

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