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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

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。

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。

核磁気共鳴法 / Gタンパク質共役型受容体 / 安定同位体標識 / 膜タンパク質 / 構造生物学

創薬標的分子として重要なGタンパク質共役型受容体 (GPCR) の一種であるβ2アドレナリン受容体 (β2AR) を、再構成高密度リポタンパク質（rHDL）の脂質二重膜に再構成した。これを用いて、様々な薬剤について、Gタンパク質およびアレスチンを介したシグナル伝達経路の活性化能を独立に定量するアッセイ系を構築した。
β2ARのメチオニンメチル基を13C標識し、その周囲を2H標識した試料の調製に成功した。この試料を用いて界面活性剤ドデシルマルトシド中でのNMR解析をおこなった結果、β2ARの細胞内側に存在するM215由来のNMRシグナルを様々な薬剤結合状態で高感度に観測することに初めて成功した。
アレスチンを介したシグナル伝達経路のみを選択的に活性化する薬剤であるカルベジロールが結合したβ2ARのNMR解析をおこなった。その結果、M215由来のNMRシグナルの化学シフトは、すべてのシグナル伝達経路を活性化する、通常のリガンドと異なっていることが分かった。
カルベジロールを含む様々な薬剤について、M215由来のNMRシグナルの化学シフトと、Gタンパク質およびアレスチンを介したシグナル伝達経路の活性化能の対応を解析した。この結果から、β2ARはGタンパク質を選択的に活性化する構造とアレスチンを選択的に活性化する構造の平衡にあること、カルベジロール結合状態では、その平衡がアレスチンを選択的に活性化する構造に偏っていると結論した。

構造生物学 / 生化学 / 膜タンパク質 / 核磁気共鳴法 / 光合成名反応 / タンパク質-タンパク質相互作用 / 電子移動反応 / 転移交差飽和法 / 光合成明反応 / Membrane protein / NMR / photosynthesis / protein-protein interaction / electron transfer / transferred cross saturation

プラストシアニン(Pc)は、膜蛋白質複合体である光化学系I(PSI)に素早く電子を輸送することにより、光合成明反応を効率良く進めている。本研究では、酸化型アナログであるカドミウム置換体(Cd-Pc)の調製法を確立して、当研究室で確立した転移交差飽和法(TCS)を用いて、Cd-PcのPSI結合部位を同定した。その結果、Pc上の銅原子の酸化に伴って、Loop1のコンフォメーションが変化することにより、Loop1を介したPSIとの相互作用が減弱し、電子移動後のPSIからの素早い解離が実現され、効率的電子輸送反応が起こることが明らかとなった。