一回膜貫通型受容体のシグナル伝達の構造基盤

2017 年度 実績報告書

• 研究領域: 数理解析に基づく生体シグナル伝達システムの統合的理解
• 研究課題/領域番号: 17H05991
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 大戸 梅治 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 准教授 (90451856)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: シグナル伝達 / 一回膜貫通型受容体 / 構造生物学

研究実績の概要

生体中において一回膜貫通型受容体は種々の局面で重要な役割を果たしている。例えば免疫において微生物など病原体の構成成分は一回膜貫通型受容体であるToll-like receptors (TLRs)などの病原体センサーによって認識され様々な免疫応答を引き起こす。これら一回膜貫通型受容体は、様々な病気の治療薬のターゲットとされている。しかし、一回膜貫通型受容体の機能発現機構は主に細胞外のシグナル受容ドメインと細胞内のシグナル伝達ドメイン個別に研究されてきた。そのため、細胞外ドメインと細胞内ドメインの間で細胞膜を介してどのような協働性が存在してシグナルが伝達されるのかに関する実験的証拠があまりにも乏しいため、現状では前者と後者の間の関連性はほとんど憶測の域を出ない。本課題では，主に全長の受容体を用いてこの細胞外ドメインと細胞内ドメインの協働性を構造生物学的に明らかにし、真の意味でのリガンド認識とシグナル伝達機構を明らかにすることを目的とする。
上記を達成するために、今年度はTLR全長の電顕解析に向けた試料調製に取り組んだ。TLR3に関して、界面活性剤で可溶化した高純度精製試料調製に成功し、溶液中でTLR3全長のリガンド依存的な二量体化が確認できた。引き続きナノディスクへの再構成条件の検討を進めた。試料を評価するために、ゲルろ過とSDS-PAGEだけでなく、ネガティブ染色した電顕像を確認しつつ進めることで、より電顕解析に適した単分散性の高い試料調製を目指す。

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

TLR3に関して、界面活性剤で可溶化した高純度精製試料調製に成功し、溶液中でTLR3全長のリガンド依存的な二量体化が確認できたため。ナノディスクへの再構成条件を検討し、比較的高効率で再構成される条件を見出しつつあるため。

今後の研究の推進方策

ナノディスクへTLR3全長の再構成条件をさらに検討する。試料を評価するために、ゲルろ過とSDS-PAGEだけでなく、ネガティブ染色した電顕像を確認しつつ進めることで、より電顕解析に適した単分散性の高い試料調製を目指す。

研究成果

• [雑誌論文] Mechanisms controlling nucleic acid-sensing Toll-like receptors (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyake, K., Shibata, T., Ohto, U., Shimizu, T., Saitoh, S. I., Fukui, R., Murakami, Y.
  • 雑誌名: Int Immunol. 巻: 30 ページ: 43-51
  • DOI: 10.1093/intimm/dxy016.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Small-molecule inhibition of TLR8 through stabilization of its resting state (2018)
  • 著者名/発表者名: Zhang, S., Hu, Z., Tanji, H., Jiang, S., Das, N, Li, J., Sakaniwa, K., Jin, J., Bian, Y., Ohto, U., Shimizu, T., Yin, H.
  • 雑誌名: Nature Chem. Biol. 巻: 14 ページ: 58-64
  • DOI: 10.1038/nchembio.2518.
  • 査読あり
• [雑誌論文] The crystal structure of the AhRR-ARNT heterodimer reveals the structural basis of the repression of AhR-mediated transcription (2017)
  • 著者名/発表者名: Sakurai, S., Shimizu, T., & *Ohto, U.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 292 ページ: 17609-17616
  • DOI: 10.1074/jbc.M117.812974.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Funiculosin variants and phosphorylated derivatives promote innate immune responses via theToll-like receptor 4/myeloid differentiation factor-2 complex (2017)
  • 著者名/発表者名: Okamoto, N., Mizote, K., Honda, H., Saeki, A., Watanabe, Y., Yamaguchi-Miyamoto, T., Fukui, R., Tanimura, N., Motoi, Y., Akashi-Takamura, S., Kato, T., Fujishita, S., Kimura, T., Ohto, U., Shimizu, T., Hirokawa, T., Miyake, K., Fukase, K., Fujimoto, Y., Nagai, Y., Takatsu, K.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 292 ページ: 15378-15394
  • DOI: 10.1074/jbc.M117.791780.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Towards a structural understanding of nucleic acid-sensing Toll-like receptors in the innate immune system (2017)
  • 著者名/発表者名: Zhang, Z., Ohto, U., & Shimizu, T.
  • 雑誌名: FEBS letters. 巻: 591 ページ: 3167-3181
  • DOI: 10.1002/1873-3468.12749.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Conservation and Divergence of Ligand Recognition and Signal Transduction Mechanisms in Toll-Like Receptors (2017)
  • 著者名/発表者名: Ohto, U.
  • 雑誌名: Chem. Pharm. Bull. 巻: 65 ページ: 697-705
  • DOI: 10.1248/cpb.c17-00323.
  • 査読あり
• [雑誌論文] The crystal structure of human DEAH-box RNA helicase 15 reveals a domain organization of the mammalian DEAH/RHA family. (2017)
  • 著者名/発表者名: Murakami, K., Nakano, K., Shimizu, T., & *Ohto, U.
  • 雑誌名: Acta Crystallogr F Struct Biol Commun. 巻: 73 ページ: 347-355
  • DOI: 10.1107/S2053230X17007336.
  • 査読あり
• [学会発表] AhRR-ARNTヘテロダイマーによるAhRの転写抑制機構の構造基盤 (2018)
  • 著者名/発表者名: 櫻井駿也、清水敏之、大戸梅治
  • 学会等名: 2017年度量子ビームサイエンスフェスタ
• [学会発表] AhRR-ARNTヘテロダイマーによるAhRの転写抑制機構の構造基盤 (2018)
  • 著者名/発表者名: 櫻井駿也、清水敏之、大戸梅治
  • 学会等名: 日本薬学会 第138年会
• [学会発表] Sperm-egg interaction revealed by the structure of IZUMO1-JUNO complex (2017)
  • 著者名/発表者名: Umeharu Ohto
  • 学会等名: American Society for Reproductive Medicine (ASRM) 2017 Scientific Congress
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structural analysis reveals ligand recognition mechanism of Toll-like receptor 7 (2017)
  • 著者名/発表者名: Zhikuan Zhang, Umeharu Ohto, Toshiyuki Shimizu
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
• [学会発表] sor (AhRR)によるAhRの転写抑制機構の構造基盤解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 櫻井駿也、清水敏之、大戸梅治
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
• [学会発表] Aryl hydrocarbon receptorの機能発現機構解明に向けた構造生物学的研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 櫻井駿也、大戸梅治、清水敏之
  • 学会等名: 第17回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] The crystal structure of AhRR/ARNT complex (2017)
  • 著者名/発表者名: Shunya Sakurai, Umeharu Ohto, Toshiyuki Shimizu
  • 学会等名: 24th Congress and General Assembly of the International Union of Crystallography
  • 国際学会
• [学会発表] 自然免疫Toll様受容体のリガンド認識および活性化機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大戸梅治
  • 学会等名: 第61回日本薬学会関東支部大会
  • 招待講演
• [学会発表] Crystal structure of the autoinhibited form of NOD2 (2017)
  • 著者名/発表者名: Umeharu Ohto, Sakiko Maekawa, Toshiyuki Shimizu
  • 学会等名: The 67th Annual Meeting of the American Crystallographic Association (ACA 2017)
  • 国際学会
• [学会発表] Strcutrual studies of Toll-like receptor 7 (2017)
  • 著者名/発表者名: Zhikuan Zhang, Umeharu Ohto, Toshiyuki Shimizu
  • 学会等名: The 67th Annual Meeting of the American Crystallographic Association (ACA 2017)
  • 国際学会
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: http://www.f.u-tokyo.ac.jp/~kouzou/index.html