【研究分野】構造生物化学

【研究領域課題番号】17H04999 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

核磁気共鳴法 / シグナル伝達 / 膜タンパク質 / Gタンパク質共役型受容体 / 脂質二重膜 / 薬学 / 生物物理 / 蛋白質 / 免疫学 / 構造生物学

【研究成果の概要】

Gタンパク質共役型受容体（GPCR）は、様々な細胞外からの刺激に応答する膜タンパク質であり、感覚受容・神経伝達など、様々な生理機能に関与している。本研究では、タンパク質の動的な性質を原子レベルで観測可能な核磁気共鳴（NMR）法を用いて、GPCRの一種であるβ2アドレナリン受容体およびアデノシンA2A受容体の解析をおこなった。これにより、β2アドレナリン受容体が化合物依存的に、多様なシグナルを細胞内に伝える機構、および脂質二重膜の組成依存的にアデノシンA2A受容体の活性が変化する機構を解明した。

【研究の社会的意義】

医薬品の30%以上は、G蛋白質共役型受容体（GPCR）に作用して、シグナル伝達活性を変化させることで、治療効果を発揮する。本研究で得られたGPCRの構造を参考にして、下流のシグナルを伝達する分子との相互作用に、選択的に作用する化合物を作ることができれば、副作用を抑制する薬剤を、合理的に設計できる可能性が示された。また、脂質の作用を模倣することで、生体内に存在する化合物や他の薬剤がすでに結合したGPCRに対しても作用する薬剤設計の道が開け、新たな作用点および薬理作用を持つ医薬品の開発が加速することが期待される。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31

【配分額】26,130千円 (直接経費: 20,100千円、間接経費: 6,030千円)

【研究分野】ケミカルバイオロジー

【研究領域課題番号】17H00888 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

膜タンパク質 / リポソーム / 進化分子工学 / 人工細胞 / 無細胞タンパク質合成系 / デノボデザイン / 人工膜タンパク質 / バイオテクノロジー / リポソームディスプレイ法 / 無細胞翻訳系 / 合理的設計 / 生物物理

【研究成果の概要】

自然界が進化によって探索した配列空間はほんの一部である。合理的デザインにより、現在までに可溶性タンパク質については、未開拓配列空間に多くの構造・機能を持つ人工タンパク質が存在することが明らかになってきた。本研究では、膜タンパク質でも機能・構造を持つ人工膜タンパク質を持つ分子が存在すること示した。具体的には、2 nmのポアを持つ人工膜タンパク質を設計し、その機能を人工細胞リアクターを用いて明らかにした。

【研究の社会的意義】

人工細胞を構築する研究は、非生命から生命をどのように創り出せるかを明らかにする方法の一つである。現在までに、細胞の機能を模倣した様々な人工細胞が構築されてきた。本研究課題では、人工細胞が人工膜タンパク質の機能解析に用いること、更には、膜タンパク質進化分子工学に使えることを示すものである。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2017-04-01 - 2021-03-31

【配分額】43,160千円 (直接経費: 33,200千円、間接経費: 9,960千円)

【研究分野】生物物理学

【研究領域課題番号】16H02499 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

イオンポンプ / 膜蛋白質 / 結晶解析 / エネルギー変換 / 構造生物学 / 蛋白質 / 生物物理

【研究成果の概要】

本研究は、イオン能動輸送機構の完全な理解を第一の目標とし、特に、既に10の中間状態の構造決定に成功しているCa2+ポンプを対象に、イオンポンプは「どうしてそういう構造をとる必要があるのか」を追求した。イオン通路のゲート残基の変異体の結晶構造からプロトンの対向輸送の意義を解明し、Ca2+非存在下でATPを結合した状態の結晶から、ATPのみで起こる構造変化を明らかにした。さらに、4状態のCa2+ポンプ結晶中の脂質二重膜の可視化によって構造変化における燐脂質との相互作用の詳細を初めて明らかにした。

【研究の社会的意義】

イオンポンプは生体の恒常性の維持に極めて重要な役割を持つ膜蛋白質であり、心臓病や癌、神経疾患の治療などの観点からも注目されている。Ca2+ポンプに関しては11の中間状態の構造決定に成功しているのみならず、本研究によって構造変化におけるプロトンの役割や脂質二重膜との相互作用の詳細の解明にまで成功した唯一の膜蛋白質である。原子構造に基づく蛋白質の作動機構の理解がここまで進んだ蛋白質は他に無く、学術的価値は極めて高い。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】43,030千円 (直接経費: 33,100千円、間接経費: 9,930千円)

【研究分野】耳鼻咽喉科学

【研究領域課題番号】18390455 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

耳科学 / 蛋白質 / 分子モータ / Prestin / 原子間力顕微鏡 / 精製 / 等温滴定カロリメトリー / 生物物理 / 走査プローブ顕微鏡 / パッチクランプ法 / 等温滴定型カロリメトリー / 国際研究者交流 / アメリカ / 膜タンパク質

【研究成果の概要】

Prestinは哺乳類内耳外有毛細胞の細胞膜に高密度に発現している膜タンパク質である.細胞膜電位が変化すると,prestinは細胞内の陰イオンを輸送し,それに伴い構造変化すると考えられている.そして,その構造変化は外有毛細胞の伸縮運動を引き起こすと推察されている.Prestinについてその同定以来様々な研究が行われてきたが,prestinの形状や構造変化メカニズムは解明されていない.そこで本研究では,まず,prestin遺伝子を導入したChinese hamster ovary(CHO)細胞と遺伝子を導入していないCHO細胞の細胞膜を,それぞれ原子間力顕微鏡により観察し,prestinの直径が8-12nmであることを明らかにした.次に,prestin遺伝子を導入したCHO細胞膜のprestinを,量子ドット(Qdot)で標識し,原子間力顕微鏡で観察した.その結果,Qdot周辺に4つのピークを持ち中心部が窪んだ形状の構造物が観察され,prestinは4量体であることが推察された.最後にprestinの遺伝子を導入した細胞からprestin分子を精製した.そして,精製したprestinの活性を,等温滴定型カロリメータを用いて評価した.その結果,精製prestinは細胞中のprestinと同様に,塩化物イオンと相互作用すること,すなわち活性を有していることが示された.さらに,prestinの拮抗剤であると考えられているサリチル酸ナトリウムの存在下で同様の計測を行い,サリチル酸ナトリウムが濃度依存的にprestinと塩化物イオンとの相互作用を抑制することを明らかにした.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2006 - 2007

【配分額】16,380千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 2,280千円)