核酸を認識するToll様受容体の構造科学的解明

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25291010
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 清水 敏之 東京大学, 薬学研究科(研究院), 教授 (30273858)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: Toll様受容体 / 自然免疫 / １本鎖核酸 / X線結晶構造解析

研究実績の概要

自然免疫は病原体の感染をいち早く察知し炎症反応を引き起こす一方、後に続く獲得免疫を誘導するという極めて重要な役割を果たす。自然免疫の中でも病原体センサーとして機能するTLR　(Toll-like receptor)はその重要性から分子細胞生物学的・医学的な研究はもちろん構造科学的な研究も広く行われている。本申請では核酸認識に関わるTLR7, 8, 9に注目し、リガンドとなる核酸の認識機構・リガンド結合による活性化機構を構造科学的に明らかにすることによって謎が多い核酸による活性化を“目に見える形で”具現する。さらにその構造情報をもとに新規のリガンド設計をめざす。
TLR9はCG配列を含む一本鎖DNA(CpG-DNA)をリガンドとする一方、TLR9の働きを阻害するDNA配列(inhibitory DNA)も知られている。我々はCpG-DNAおよびinhibitory DNA とTLR9との複合体構造を明らかにした。TLR9の単量体の構造はTLR8と非常によく似たリング型の構造をしていた。TLR8とTLR9とは単量体の構造および活性化型2量体の構造はよく似ているにも関わらずリガンド結合部位は全く異なっていた。CpG-DNAは２量体の一方のプロトマーのN末端側断片の側面からリングの内側に沿う形で伸びた状態で結合していた。さらに、もう一方のプロトマーのC末端側断片の凸面との間で相互作用していた。一方inhibitory DNAとTLR9の複合体は二量体化しておらず、単量体で存在していた。inhibitory DNAはTLR9のN末端側のハーフリングの内側にコンパクトなステムループを形成して結合していたinhibitory DNAはTLR9に対して強固に結合することで、CpG-DNAの結合を競合的に阻害するものと考えられる。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

27年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] University of Minnesota(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Minnesota
• [雑誌論文] Structural basis of CpG and inhibitory DNA recognition by Toll-like receptor (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohto, U., Shibata,T., Tanji, H., Ishida, H., Krayukhina, E., Uchiyama, S., Miyake, K., and Shimizu, T.
  • 雑誌名: nature 巻: 520 ページ: 702, 705
  • DOI: 10.1038/nature14138
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] DNase II-dependent DNA digestion is required for DNA sensing by TLR9 (2015)
  • 著者名/発表者名: Chan, M.P., Onji, M., Fukui, R., Kawane, K., Shibata, T., Saitoh, S., Ohto, U., Shimizu, T., Barber, G. and Miyake, K.
  • 雑誌名: Nature comm. 巻: 6 ページ: 5853, 5853
  • DOI: 10.1038/ncomms6853
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Targeting cell surface TLR7 for therapeutic intervention in autoimmune diseases. (2015)
  • 著者名/発表者名: Kanno A, Tanimura N, Ishizaki M, Ohko K, Motoi Y, Onji M, Fukui R, Shimozato T, Yamamoto K, Shibata T, Sano S, Sugahara-Tobinai A, Takai T, Ohto U, Shimizu T, Saitoh S, Miyake K.
  • 雑誌名: Nature comm. 巻: 6 ページ: 6119, 6119
  • DOI: 10.1038/ncomms7119
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Structure-based Design of Human TLR8-specific Agonists with Augmented Potency and Adjuvanticity. (2015)
  • 著者名/発表者名: Beesu M, Caruso G, Salyer A, Khetani K, Sil D, Weerasinghe M, Tanji H, Ohto U, Shimizu T, David SA.
  • 雑誌名: J.Med.Chem. 巻: 58 ページ: 7833, 7849
  • DOI: 10.1021/acs.jmedchem.5b01087
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Structural studies of single-stranded RNA receptor TLR8 (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiromi Tanji, Umeharu Ohto, Takuma Shibata, Kensuke Miyake, Toshiyuki Shimizu
  • 学会等名: Toll meeting 2015
  • 発表場所: Palacio de Congresos de Mabella(SPAIN)
  • 年月日: 2015-10-02
  • 国際学会
• [学会発表] 自然免疫系一本鎖RNA受容体TLR8の構造基盤 (2015)
  • 著者名/発表者名: 丹治裕美、大戸梅治、柴田琢磨、田岡万悟、山内芳雄、礒邉俊明、三宅健介、清水敏之
  • 学会等名: 第15回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: あわぎんホール（徳島県徳島市）
  • 年月日: 2015-06-25
• [備考] 蛋白構造生物学教室
  • URL: http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~kouzou/