Structural analysis of the gating mechanism of cardiac ryanodine receptor

心脏兰尼碱受体门控机制的结构分析

基本信息

批准号：
21H02411
负责人：
小川治夫
金额：
$ 11.32万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

2型リアノジン受容体（RyR2, 総分子量2.2 MDa）は心筋筋小胞体に局在する巨大なCa2+放出チャネルで、心収縮に必須な蛋白質である。この巨大なチャネルは、細胞質に局在するL型Ca2+チャネルより流入したCa2+が単量体当りたった1個（即ち1分子のRyR2に4個）のCa2+が結合することで開口する（Ca2+ induced Ca2+ Release）驚くべき単純な機構を持つ。RyR2には様々な部位に300以上の疾患変異が知られており、チャネルの異常活性化を起こすものと機能喪失を起こすことで、カテコラミン誘発性多型性心室頻拍、特発性心室細動、QT延長症候群等の不整脈性心疾患の原因となる。近年クライオ電子顕微鏡法により構造決定が急速に進み、ドメイン構成、閉・開の構造変化等の理解も進み、ドメイン間の相互作用が「開口のための信号」の伝達に重要であることがおぼろげに見えてきた。だが、現状のモデルは中分解能で、アミノ酸レベルでの相互作用の正確な同定には程遠く、本研究の開始以前には構造に基づいた機能解析も殆ど進んでいなかった。また、これまで構造決定が行われてきた試料は全て生体から抽出・精製を行ったものであり、疾患変異がチャネルの活性異常を引き起こす機構についても全く理解は進んでいなかった。その上、RyR2をターゲットにした特異的な薬物（阻害薬、活性化薬）は存在せず、その開発が強く望まれていた。そこで本研究では、申請者らがクライオ電子顕微鏡・単粒子解析で決定したRyR2の高分解能構造に、機能解析実験や疾患変異体の構造解析を組み合わせ、RyR2の開口機構の統合的理解に取り組んだ。その結果、令和4年度には責任著者としてNature Communications誌への発表を行うことができた。

2型Ryanodine受体（RYR2，总分子量2.2 MDA）是局部局部在心肌肌浆网中的巨型Ca2+释放通道，并且是心脏收缩必不可少的蛋白质。这个巨大的通道具有一种非常简单的机制，当Ca2+从细胞质L型Ca2+通道中涌入时，当每个单体（即，四到一个RyR2分子）Ca2+的Ca2+键被结合时（Ca2+诱导的Ca2+释放）。在各个部位的RYR2中，已知300多个疾病突变，导致通道异常激活和功能丧失，从而导致心律不齐的心脏病，例如catecholamine诱导的多态性室心动过速，特发性心室纤维化纤维化，以及长QT综合征。近年来，冷冻电子显微镜导致结构确定的快速进步，对域结构的理解，闭合和开放的结构变化已经进展，并且已经含糊地看不见域之间的相互作用对于“开放信号的传播”很重要。但是，当前模型是中等分辨率，远非准确地鉴定氨基酸水平的相互作用，并且在本研究开始之前，几乎没有进行基于结构的功能分析。此外，到目前为止构建的所有样品都已经从活物体中提取并纯化，并且对疾病突变引起异常通道活性的机制尚无理解。此外，没有针对RYR2的特定药物（抑制剂，激活剂），并且强烈需要发育。因此，在这项研究中，申请人将功能分析实验和疾病突变体的结构分析与通过冷冻电子显微镜和单粒子分析确定的RYR2的高分辨率结构相结合，以提供对RYR2开放机制的综合理解。结果，在2022年，我能够在《自然通讯》杂志上作为负责作者进行演讲。

项目成果

期刊论文数量（8）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

リアノジン受容体のカルシウムイオンによるゲーティング機構

兰尼碱受体的钙离子门控机制

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
平山愛理;徳安碧;吉信公美子;荒木正健;荒木喜美;小川治夫
通讯作者：
小川治夫

Structural basis for Ca2+-induced opening of cardiac ryanodine receptor

Ca2 诱导心脏兰尼碱受体开放的结构基础

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
Hanaki S;Habara S;Masaki T;Maeda K;Sato Y;Shimada M;小川治夫
通讯作者：
小川治夫

心筋型リアノジン受容体のCa2+結合による開口機構

Ca2+结合打开心脏兰尼碱受体的机制

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
前田啓介;羽原誠;松本洋明;花木駿介;正木貴大;佐藤悠紀;島田緑;小川治夫
通讯作者：
小川治夫

クライオ電子顕微鏡による心筋型リアノジン受容体loss-of-function変異体の解析

使用冷冻电子显微镜分析心脏兰尼碱受体功能丧失突变体

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
小川治夫;小林琢也;包明久;呉林なごみ;斎藤慧;児玉昌美;櫻井隆;吉川雅英;村山尚
通讯作者：
村山尚

リアノジン受容体は「てこ」と「ドミノ倒し」で開口する

Ryanodine 受体以“杠杆”和“多米诺骨牌倒下”打开

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Murayama Masanori A.;Arimitsu Nagisa;Shimizu Jun;Fujiwara Naruyoshi;Takai Kenji;Ikeda Yoshiki;Okada Yoko;Hirotsu Chieko;Takada Erika;Suzuki Tomoko;Suzuki Noboru;小川治夫
通讯作者：
小川治夫