【研究領域課題番号】18H03980 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

X線結晶構造解析 / タンパク質 / ＲＮＡ / 複合体 / 分子機構 / RNA / X線結晶解析 / 修飾酵素 / プロセシング / 結晶構造解析 / 蛋白質 / 構造 / 機能 / X線 / 構造解析 / 機能解析 / RNA－蛋白質複合体 / X線構造解析 / ノンコーディング / 鋳型非依存 / 機能制御

【研究成果の概要】

本研究では、高次生命現象を支配する鋳型非依存的ＲＮＡ合成酵素のうち、let7 miRNAの発現を制御するTUT4/7によるポリU付加の分子機構をLin28と相互作用するTUT4/7の領域の構造解析、生化学的解析より明らかにした。また、U6 snRNAの成熟化に関わるTUT1によるポリU付加の分子機構をTUT1とU6 snRNAの複合体構造解析、生化学的解析より明らかにした。RNAのポリA鎖にA/Gミックス鎖を付加するTENT4/Bの構造解析に成功し、ヌクレオチドの特異性に関する知見を得た。また、各種RNA修飾酵素、プロセス酵素の構造決定に成功し、それらの酵素の反応制御機構を明らかにした。

【研究の社会的意義】

本研究で明らかにしたTUT4/7によるpre-let7のLin28依存的ウリジル化の分子機構はがん抑制作用のあるlet7 miRNAの発現を制御する薬剤開発の基盤になり、また、U6 snRNAの成熟化に関わるTUT1によるウリジル化の分子機構はU6 snRNAの成熟化異常に起因する疾病に対する薬剤の開発の基盤になると期待できる。また、HBCなどのmRNAを安定化させるTENT4A/4Bの特異性の分子機構解明はウイルスの増殖に対する薬剤の開発などの基盤となると期待できる。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31

【配分額】43,810千円 (直接経費: 33,700千円、間接経費: 10,110千円)

【研究領域課題番号】18H02384 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

RNA / タンパク質 / CRISPR / RNAサイレンシング / 立体構造 / piRNA / 結晶構造 / 結晶構造解析

【研究成果の概要】

ショウジョウバエ由来PIWIタンパク質Piwiの結晶構造を決定し、PiwiがpiRNAと結合して生殖細胞を保護する分子基盤を明らかにした。さらに、様々な細菌に由来するCas9およびCas12の立体構造を解明し、CRISPR-Cas酵素の多様な作動機構の理解に貢献するとともに新たなゲノム編集技術の開発基盤を確立した。

【研究の社会的意義】

原核生物のCRISPR-Cas獲得免疫機構および真核生物のRNAサイレンシング機構にかかわるRNA依存性ヌクレアーゼ複合体の構造機能解析を推進し、その多様な作動機構の一端を明らかにした。その結果、原核生物および真核生物のもつRNA依存性ヌクレアーゼの類似点および相違点が明らかになった。さらに、本研究の成果はゲノム編集やRNA干渉といった応用技術の開発基盤となることが期待される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2021-03-31

【配分額】17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円)

【研究分野】植物分子・生理科学

【研究領域課題番号】17K07448 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

X線結晶構造解析 / 転写制御 / 分子認識 / GRASファミリー / 結晶構造解析 / IDDファミリー / 転写因子 / タンパク質間相互作用 / パターン形成 / 蛋白質 / 生体分子 / シグナル伝達 / 植物 / 発現制御

【研究成果の概要】

植物の根の形態形成に関与するGRASファミリーと転写因子IDDファミリーの相互作用に着目して、構造生物学的・生化学的手法を用いてより詳細な転写制御の分子機構の解析を行った。GRASファミリーのSCL3とIDDファミリー複合体のX線結晶構造解析を行った結果、既存のGRAS-IDD相互作用とは異なる新規の相互作用であることが明らかとなった。また、生化学的な解析から転写因子IDDファミリーとGRASタンパク質の組み合わせによって多数のタンパク質から構成される複合体が形成され、複雑な転写制御が行われている可能性が示唆された。

【研究の社会的意義】

植物の根の形態形成は成長過程と調和して転写制御をオン・オフにするため、複雑に制御されている。本研究では根の形態形成に重要な2つのファミリーGRAS, IDDファミリーについてその立体構造解析と分子相互作用解析の結果から、GRASファミリーとIDDファミリーの相互作用様式には多様性があることを示し、結合する組み合わせによって様々な転写制御複合体を形成し得ることを明らかにした。本成果は植物の複雑な転写制御機構の理解を深めると期待される。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)

【研究分野】構造生物化学

【研究領域課題番号】17K15081 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ヘムタンパク質 / 過渡的複合体 / 結晶構造解析 / 生物無機化学 / 鉄 / グラム陽性菌 / 結晶構造 / ヘム / タンパク質複合体 / 蛋白質 / 微生物

【研究成果の概要】

感染症の原因となる微生物の多くが宿主のヘムを鉄源として利用するために、ヘムをリレーのように輸送して細胞内に取り込むシステムを有している。本研究では、ヘムのリレー輸送の分子機構を解明するために、新規なヘム結合・輸送タンパク質HtaA・HtaBの複合体構造解析に取り組んだ。過渡的な複合体の安定化のために、ヘム結合部位にあるHisをAlaに変異させた変異体を作成して、ヘム結合能の解析と結晶構造解析を行った。HtaAのC末端ドメインのH434A変異体は、結晶中でドメインスワップした二量体を形成していた。本構造はヘムリレー輸送における過渡的な輸送複合体を模倣していると考えられる。

【研究の社会的意義】

感染症の原因となる細菌はヒトの赤血球からヘム鉄を獲得して、鉄源として利用することができる。本研究は、ジフテリアの起炎菌を含むコリネバクテリアにおいてヘム鉄の獲得に利用されるHta/Hmuシステムに着目して、その詳細なヘム鉄輸送機構の解明を目指している。Hta/Hmuシステムの構造情報はジフテリア起炎菌等への特異的な薬剤開発の基盤となりうる。本研究の最終目標である過渡的複合体を介した輸送機構の解明は、生体における物質輸送という生命の根幹を担うシステムの理解につながると考えており、その学術的意義は大きい。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2017-04-01 - 2019-03-31

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】生物分子化学

【研究領域課題番号】16H01881 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

睡眠 / 炎症 / 肥満 / 筋ジストロフィー / 血管新生 / サプリメント / 癌 / 危険性薬物 / 睡眠物質 / プロスタグランジンD2 / 阻害薬 / 結晶構造 / 外傷性脳障害 / 酵素阻害剤 / 受容体拮抗薬 / 脂質メディエーター / 結晶構造解析 / G蛋白質結合型受容体 / 酵素 / プロスタグランジン / 遺伝子欠損マウス / シクロオキシゲナーゼ / G蛋白質共役型受容体 / 脳・神経 / 蛋白質

【研究成果の概要】

プロスタグランジン（PG)D2を作るL型とH型の合成酵素、及び、その受容体DPとCRTH2に対する抗体や遺伝子操作マウスを作成して、睡眠や炎症における関与を調べた。脳のくも膜のL型酵素がPGD2を産生し、アデノシンを介して側坐核のA2A受容体発現神経を刺激して睡眠を起こすことを証明した。新生血管に発現するDP受容体が癌組織への血管新生を抑制することを見出した。高脂肪食により未成熟脂肪細胞でL型酵素が誘導され、CRTH2受容体を介して肥満の制御に関わることを見出した。治療法の無い難病であるデュシェンヌ型筋ジストロフィーの筋委縮に関わるH型酵素の阻害薬を開発して、臨床試験を開始した。

【研究の社会的意義】

睡眠物質に関する研究を発展させ、脳内の睡眠調節系を次々に明らかにした。マウス睡眠解析測定系を利用して、オレキシン受容体拮抗作用による新規睡眠薬スボレキサントの情動性脱力発作（カタプレキシー）、及び、大麻成分による痙攣発作を見出し、両薬物の危険性を公表した。亜鉛酵母、清酒酵母、海藻や米糠のポリフェノールなどの睡眠誘発素材を多数見出し、一部は睡眠サプリメントとして商品化された。国際宇宙ステーションの無重力環境で作成した高品質の蛋白質結晶と大型放射光施設での高分解能構造解析により、炎症に関係する酵素の阻害薬開発を進め、治療法の無い難病であるデュシェンヌ型筋ジストロフィーの臨床治験を開始した。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】44,200千円 (直接経費: 34,000千円、間接経費: 10,200千円)

【研究分野】構造生物化学

【研究領域課題番号】15H04338 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

結晶構造解析 / Gタンパク質共役型受容体 / シグナル伝達 / タンパク質 / G蛋白質共役型受容体 / 蛋白質 / 癌

【研究成果の概要】

ケモカイン受容体CXCR7は、様々ながん細胞で大量に発現しており、新たな抗がん剤の創薬ターゲットと考えられているGタンパク質共役型受容体（GPCR）である。CXCR7の特徴としては、他のケモカイン受容体と配列上の類似性が高いにもかかわらずGタンパク質を介す情報伝達経路を持たず、βアレスチンを介す情報伝達経路だけを持つことが挙げられる。本研究計画では、創薬や機能解明に役立てるため、CXCR7の構造解析を目指した。現状では、結晶が得られず、構造解析は成功していない。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】16,120千円 (直接経費: 12,400千円、間接経費: 3,720千円)

【研究分野】構造生物化学

【研究領域課題番号】23770106 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

タンパク質 / X線結晶構造解析 / 構造生物学 / 自然免疫 / Ｘ線結晶構造解析 / 結晶構造解析

【研究成果の概要】

本申請課題において、核酸認識TLR受容体(TLR7,TLR8,TLR9)についての蛋白質調製、結晶化、構造解析を進めた。TLR8に関しては、リガンド非結合状態と低分子リガンドとの複合体の状態での構造解析に成功した。TLR7とTLR9に関しては、結晶化可能な量の蛋白質を得ることに成功し、複数の状態での結晶を得ている。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2011 - 2012

【配分額】4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)

【研究分野】生物物理・化学物理

【研究領域課題番号】22244054 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

タンパク質水和 / 水和構造 / 分子動力学シミュレーション / 蛍光分光 / 和周波測定 / 非線形光学 / Ｘ線結晶構造解析 / 主成分分析 / 蛋白質水和構造 / 水和構造解析 / ドメイン運動 / 溶媒応答 / トリプトファン蛍光 / 分子動力学計算 / 水素結合 / 時間分解蛍光測定 / 和周波 / Ｘ線小角度散乱 / タンパク質 / 和周波分光 / X線小角散乱 / 溶媒応答関数 / 低温X線結晶構造解析 / 蛍光発光 / 蛋白質水和 / 悲線形光学現象 / 結晶構造解析 / 遺伝子組み換え / 溶媒応咎関数 / 溶媒和 / フェムト秒レーザー

【研究成果の概要】

生命活動の素過程を担うタンパク質分子は水環境において構造形成し機能する。何故水環境を必要とするのかを理解するには、タンパク質表面での水分子の運動をピコ秒時間分解能と原子分解能で探る必要がある。本研究では、タンパク質からの時間分解蛍光測定装置を開発しながら、特徴的なドメイン運動を行うタンパク質について、その運動の原因となっている水和構造変化を蛍光測定、結晶構造解析などの実験と大規模な分子動力学シミュレーションの両面から解析することを試みた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2010-04-01 - 2014-03-31

【配分額】48,100千円 (直接経費: 37,000千円、間接経費: 11,100千円)

【研究分野】生物物理学

【研究領域課題番号】06558102 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

生体超分子複合体 / 結晶構造解析 / X線回析 / 蛋白質 / X線回折 / 回折強度測定法 / チトクロム酸化酵素 / 立体構造 / 超分子複合体

【研究成果の概要】

生体超分子複合体の結晶はその単位格子が通常のタンパク質に比べて、1桁ないし2桁大きいために、回析強度データ収集にさまざまな問題点が生じてくる。この研究では、大きな格子定数を持つ生体超分子複合体結晶の回析強度データ収集法を確立するために研究を行った。
格子定数が大きくなることによって生じる問題は、回析斑点間の距離が狭くなり、その分離が困難になることと、回析強度が弱くなるために精密な強度データを得ることが難しくなることである。これらを如何に克服するかがこの研究の最大の課題であった。
この研究で得られた成果は要約すると「生体超分子複合体結晶の回析強度データ収集は、軸を立てないで振動角を小さくすれば、少なくとも格子定数が500Åまでならば十分良いデータを得ることができる。」である。回析強度測定の際の振動角を小さくすることによって、斑点間の重なりを減らすことができるだけでなく、回析強度のS/Nも高めることができる。また軸を立てない測定をすることによって、系統誤差の少ない回析強度データを得ることができる。そのための吸収補正プログラムも作成した。
生体超分子複合体の結晶はモザイク幅が、大きいと思われているために、振動幅を小さくすると部分反射が増えるために強度データの精度が落ちることが懸念された。しかし、実際には生体超分子複合体結晶も通常のタンパク質と変わらないモザイク幅でその懸念はなかった。
軸を立てた方が吸収の影響が少ないと思われがちであるが、実際にはそうでなく軸を立てると、等価な反射の吸収が等しくなるに過ぎず吸収補正はむしろ困難になる。軸を立てない方法で、ローカルスケーリングによって吸収補正を行なうことによって吸収による系統的な誤差を減らすことができた。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】1994 - 1996

【配分額】18,900千円 (直接経費: 18,900千円)