新規シグナル伝達系・NELL-Roboシグナルの骨形成における作用機序の解明

阐明新型信号转导系统 NELL-Robo 信号在骨形成中的作用机制

• 批准号: 20H02948
• 负责人: 新美 友章
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H02948/
• 关键词: シグナル伝達; 骨芽細胞; 再生医療; FRET解析; タンパク質

乳児期において頭頂骨のつなぎ目が早期に癒合する頭蓋骨縫合早期癒合症の原因遺伝子のひとつとして知られるNELL (neural EGFL-like) 1は、頭蓋顔面の骨格形成に関わる分泌タンパク質をコードしており、その骨形成作用に基づいた骨再生治療への応用が試みられている。しかし、NELL1の骨形成作用の分子基盤、特に細胞表面受容体と下流のシグナル伝達機構は不明な点が多く、臨床応用する際のボトルネックとなっている。本研究では、我々が発見したNELL1 の新奇受容体Roundabout (Robo) 2と下流のシグナル伝達経路の骨形成における役割を解明することにより、NELL1を利用した骨再生治療の基盤研究を行うことを目的とした。NELL1の新奇受容体として同定したRobo2であるが、両者の結合はpH 6付近の弱酸性条件でのみ可能となる。すでに報告されているRobo2の結晶構造によると、Robo2の細胞外領域はヘアピン様構造をとっており、pH 7付近の生理的条件下においてはNELL1との結合部位がマスクされているためNELL1が結合できないが、pH 6付近の弱酸性条件下では、Robo2の細胞外領域のコンフォメーション変化により、NELL1が結合できるようになることを見出した。昨年度は、組換えタンパク質を用いた結合実験、蛍光共鳴エネルギー移動：Fluorescence resonance energy transfer (FRET) の変化を指標にしたRobo2 の構造解析およびサイズ排除クロマトグラフィー解析を行って得たデータを基に、酸性条件におけるRobo2の細胞外領域の推定構造と分子機構について、原著論文を執筆して報告した。Robo2の新奇受容体としてNELL1が働く分子基盤の一端が解明された本研究成果は、NELL1を利用する骨再生医療の基礎研究として重要である。

NELL（神经EGFL样）1，被称为颅缝早闭（颅骨关节在婴儿早期融合）的基因之一，编码一种参与颅面骨骼形成的分泌蛋白，目前正在尝试将其应用于骨骼。基于其成骨作用的再生疗法。然而，NELL1成骨作用的分子基础，特别是细胞表面受体和下游信号转导机制，仍然很大程度上未知，这给临床应用带来了瓶颈。本研究旨在通过阐明新型NELL1受体Roundabout (Robo) 2及其下游信号通路在骨形成中的作用，开展利用NELL1进行骨再生治疗的基础研究。 Robo2 被确定为 NELL1 的新型受体，但两者之间的结合只有在 pH 6 左右的弱酸性条件下才有可能。根据之前报道的Robo2的晶体结构，Robo2的胞外区具有发夹状结构，在pH 7左右的生理条件下，NELL1的结合位点被掩蔽，因此NELL1无法结合，但在pH 7附近的微酸性条件下。 pH 6 时，我们发现 Robo2 胞外区域的构象变化允许 NELL1 结合。去年，基于使用重组蛋白的结合实验获得的数据、以荧光共振能量转移（FRET）变化为指标的Robo2结构分析以及尺寸排阻色谱分析，我们撰写了一篇原创论文，报告了估计的结构和分子酸性条件下Robo2胞外区的机制。本研究的结果阐明了NELL1作为Robo2的新型受体发挥功能的部分分子基础，对于利用NELL1的骨再生医学的基础研究具有重要意义。

项目成果

骨形成を促進する新奇因子NELL1の骨誘導分子基盤の解明

阐明促进骨形成的新型因子 NELL1 的骨诱导分子基础

• 发表时间: 2021
• 作者: 新美友章

骨形成を促進する新奇因子NELL1の骨誘導分子基盤の解明

阐明促进骨形成的新型因子 NELL1 的骨诱导分子基础

• 发表时间: 2021
• 作者: 新美友章

骨分化誘導タンパク質NELL1の新奇受容体候補Robo2の構造特性解析

骨分化诱导蛋白 NELL1 的新型受体候选物 Robo2 的结构表征

• 发表时间: 2021
• 作者: 宮口昌樹;中西洋一;新美友章
• 通讯作者: 新美友章

骨形成を促進する新奇因子NELL1の骨誘導分子基盤の解明

阐明促进骨形成的新型因子 NELL1 的骨诱导分子基础

• 发表时间: 2021
• 作者: 新美友章

Conformational Change of the Hairpin-like-structured Robo2 Ectodomain Allows NELL1/2 Binding

发夹状结构 Robo2 胞外域的构象变化允许 NELL1/2 结合

• DOI: 10.1016/j.jmb.2022.167777
• 发表时间: 2022
• 影响因子: 5.6
• 作者: Miyaguchi Masaki;Nakanishi Yoichi;Maturana Andr?s D.;Mizutani Kimihiko;Niimi Tomoaki
• 通讯作者: Niimi Tomoaki