脳におけるアクアポリン４の立体構造と機能連関

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26440024
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 谷 一寿 名古屋大学, 細胞生理学研究センター, 特任教授 (20541204)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: 構造生理学 / 電子線結晶学 / 二次元結晶 / アクアポリン-4 / 極低温電子顕微鏡 / 水透過機構

研究実績の概要

（Ａ）脳における水チャネルaquaprin-4(ＡＱＰ４)特有な水透過機構の解明：脱炭酸酵素の阻害剤であるアセタゾラミド(AZA)はＡＱＰ４の水透過活性を下げることでも知られており、極低温電子顕微鏡像を用いてＡＺＡが結合したＡＱＰ４二次元結晶の実像データで5Å分解能の立体構造解析を明らかにした。原子分解能でAZAの結合位置を特定するするため、二次元結晶由来のデータの分解能向上をめざした。同一結晶条件内に含まれる複数の対称性をもつ二次元結晶が生成されるため、原子分解能レベルのデータ収集には、試料作製および電子回折データの収集にかなりの時間を要したが、3.2Å分解能での立体構造解析が可能になった。最終的なデータ数を増やすことで分解能の向上が期待できるが、現時点でもリガンドに相当するデンシティは、直接ポアを塞ぐ位置で結合し、AQP4の水透過を抑制していることがはっきりし、5Å分解能の三次元再構成像で推定された結合位置とも一致した。

（Ｂ）ＡＱＰ４のアレイ形成に重要なＮ末端構造の解明：ＡＺＡが結合したＡＱＰ４の二次元結晶でも、同様なアレイ形成に重要なＮ末端側のデンシティが確認されていることから、3.2Å分解能の電子回折データと5Å分解能の実像データ（フィルムに記録）を組み合わせたハイブリッドのデータ生成し構造解析を進めることで、通常の解析では確認できなかったN末端側の主鎖構造をある程度特定でき、アレイ形成の足場を提供する部分がわかってきた、しかし、記録媒体であるフィルムの性質に依存して詳細な部分が可視化できないことが判明したため、更なる分解能向上を目指して、昨年度より導入した直接電子をカウントできるK2 Summitによる高分解能の画像の記録システムをようやく完成させることができた。将来的には、実像データのみの二次元結晶高分解能三次元再構成が有望であることもわかってきた。

研究成果

• [雑誌論文] Crystal structures of claudins: insights into their intermolecular interactions. (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Suzuki, K. Tani, Y. Fujiyoshi
  • 雑誌名: Ann. N. Y. Acad. Sci. 巻: N/A ページ: N/A
  • DOI: 10.1111/nyas.13371
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Atomic structure of the innexin-6 gap junction channel determined by cryo-EM. (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Oshima, K. Tani, Y. Fujiyoshi
  • 雑誌名: Nat. commun. 巻: 7 ページ: 13681
  • DOI: 10.1038/ncomms13681
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Activation mechanism of endothelin ETB receptor by endothelin-1. (2016)
  • 著者名/発表者名: W. Shihoya, T. Nishizawa, A. Okuta, K. Tani, N. Dohmae, Y. Fujiyoshi, O. Nureki, T. Doi
  • 雑誌名: Nature 巻: 537 ページ: 363-368
  • DOI: 10.1038/nature19319
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Thermostabilization of the human endothelin type-B receptor. (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Okuta, K. Tani, S. Nishimura, Y. Fujiyoshi, T. Doi
  • 雑誌名: J. Mol. Biol. 巻: 428 ページ: 2265-2274
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2016.03.024
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Hexadecameric structure of an invertebrate gap junction channel. (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Oshima, T. Matsuzawa, K. Murata, K. Tani, Y. Fujiyoshi
  • 雑誌名: J. Mol. Biol. 巻: 428 ページ: 1227-1236
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2016.03.024
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Two-dimensional crystallization of monomeric bovine cytochrome c oxidase with bound cytochrome c in reconstituted lipid membranes. (2016)
  • 著者名/発表者名: Y. Osuda, K. Shinzawa-Itoh, K. Tani, S. Yoshikawa, T. Tsukihara, C. Gerle
  • 雑誌名: Microscopy 巻: 65 ページ: 263-267
  • DOI: 10.1093/jmicro/dfv381
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Claudin-21 has a paracellular channel role at tight junctions. (2016)
  • 著者名/発表者名: H. Tanaka, Y. Yamamoto, H. Kashihara, Y. Yamazaki, K. Tani, Y. Fujiyoshi, K. Mineta, K. Takeuchi, A. Tamura, and S. Tsukita
  • 雑誌名: Mol. Cell Biol. 巻: 36 ページ: 954-964
  • DOI: 10.1128/MCB.00758-15
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Two-dimensional crystal structure of aquaporin-4 bound to the inhibitor acetazolamide. (2016)
  • 著者名/発表者名: A. Kamegawa, Y. Hiroaki, K. Tani, Y. Fujiyoshi
  • 雑誌名: Microscopy 巻: 65 ページ: 177-184
  • DOI: 10.1093/jmicro/dfv368
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] クライオ電子顕微鏡によるチャネルの原子分解能構造解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 谷一寿
  • 学会等名: 理研シンポジウム
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-11-08 – 2016-11-08
  • 招待講演
• [備考] 水チャネル
  • URL: http://www.cespi.nagoya-u.ac.jp/research.html
• [備考] 研究成果
  • URL: http://www.cespi.nagoya-u.ac.jp/BasicBiol/tani/tani_jp.htm