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。

Ryanodine受体2型（RyR2，总分子量2.2MDa）是位于心肌内质网的大Ca2+释放通道，是心脏收缩的必需蛋白质。当 Ca2+ 从细胞质中的 L 型 Ca2+ 通道流入并与每个单体仅结合一个 Ca2+（即四比一的 RyR2 分子）时，这个巨大的通道就会打开（Ca2+ 诱导 Ca2+ 释放），其机制非常简单。。各个地区已知RyR2有超过300种疾病突变，其中一些导致通道异常激活，另一些导致功能丧失，导致儿茶酚胺诱发的多形性室性心动过速、特发性心室颤动、长QT等心律失常心脏病综合症。近年来，利用冷冻电子显微镜进行结构测定取得了迅速进展，对结构域组成、闭合/开放结构变化等的理解也取得了进展，并且越来越清楚的是，结构域之间的相互作用对于传递“打开信号”非常重要开始看起来很奇怪。然而，目前的模型具有中等分辨率，远不能准确识别氨基酸水平上的相互作用，并且在这项研究开始之前，基于结构的功能分析几乎没有取得进展。此外，迄今为止结构已确定的所有样品都是从活体中提取和纯化的，疾病突变导致通道活性异常的机制尚未完全了解。此外，还没有针对 RyR2 的特定药物（抑制剂或激活剂），并且强烈希望开发一种药物。因此，本研究将冷冻电镜和单颗粒分析确定的RyR2高分辨率结构与疾病变异体的功能分析实验和结构分析相结合，致力于全面了解RyR2的开放机制。结果，我能够在2020财年以通讯作者的身份在《Nature Communications》上发表我的作品。

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：
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+結合による開口の分子基盤

心脏兰尼碱受体 Ca2+ 结合开放的分子基础

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
小川治夫
通讯作者：
小川治夫

Molecular basis for gating of cardiac ryanodine receptor explains the mechanisms for gain- and loss-of function mutations

心脏兰尼碱受体门控的分子基础解释了功能获得和丧失突变的机制

DOI：
10.1038/s41467-022-30429-x
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
16.6
作者：
Kobayashi Takuya;Tsutsumi Akihisa;Kurebayashi Nagomi;Saito Kei;Kodama Masami;Sakurai Takashi;Kikkawa Masahide;Murayama Takashi;Ogawa Haruo
通讯作者：
Ogawa Haruo

Sudden death after inappropriate shocks of implantable cardioverter defibrillator in a catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia case with a novel RyR2 mutation

具有新型 RyR2 突变的儿茶酚胺能多形性室性心动过速病例在植入式心脏复律除颤器不当电击后突然死亡

DOI：
10.1016/j.jelectrocard.2021.09.015
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
1.3
作者：
Itoh Hideki;Murayama Takashi;Kurebayashi Nagomi;Ohno Seiko;Kobayashi Takuya;Fujii Yusuke;Watanabe Masaya;Ogawa Haruo;Anzai Toshihisa;Horie Minoru
通讯作者：
Horie Minoru

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