X線結晶構造解析に基づく嗅覚・味覚・温覚レセプターの情報変換メカニズムの解明

基于X射线晶体结构分析阐明嗅觉、味觉、热感受器的信息转换机制

基本信息

批准号：
17048007
负责人：
深井周也
金额：
$ 4.03万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

高等真核生物には,外界からの刺激に対応して行動を決定するため視覚・聴覚・嗅覚・味覚・触覚からなる五感が備わっている.視覚・聴覚・触覚(圧覚・温覚)は物理刺激の受容であり,嗅覚・味覚は化学刺激の受容である.一方,刺激を電気シグナルに変換する仕組みから考えると,視覚・嗅覚・味覚(甘・苦・旨味)受容体は,三量体型Gタンパク質と共役してホスホリパーゼCを活性化し,生成したイノシトール三リン酸(IP3)により,小胞体のIP3受容体が活性化され,小胞体中のCa^<2+>イオンが細胞質に放出されて膜が脱分極する.これに対し,聴覚・圧覚・温覚および味覚の一部(酸・塩味)では,受容体が直接イオンチャネルとして働き,Ca^<2+>イオンなどの陽イオンの細胞内への流入を引き起こし,膜の脱分極を生ずる.本研究では,刺激による受容体の活性化メカニズムを原子分解能レベルで解明することを目的として,感覚受容体のX線結晶構造解析を目標とした.Gタンパク質共役型受容体のリガンド結合ドメインやチャネル型受容体の全長および細胞内ドメインの大量発現を試みてきたが,結晶化条件のスクリーニングを行なうには至らなかった.一方,我々は膜タンパク質の結晶構造決定を目標として,好熱菌由来の膜タンパク質の結晶構造決定を試みて来た.京都大学ウイルス研究所の伊藤維昭教授との共同研究により,膜透過装置複合体SecDFおよびSecYEそれぞれについて分解能3.7Åおよび3.2Åの結晶を得て,セレン原子の異常分散を利用して位相を決定し電子密度を得た.SecYEについては,3.2Å分解能での構造精密化を終えた(R_<free>0.32).また,好熱菌由来の金属イオン輸送体の高分解能結晶の調製し,セレン原子の異常分散を利用して3.5Å分解能で構造を決定した.また,細胞質ドメインについては二種類のイオン輸送体について2.5Å分解能で構造を決定した.

高等真核生物配备有五种感觉，包括视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉，以确定它们对外部刺激作出反应的行为。视觉、听觉和触觉（压力和温度觉）基于物理学。嗅觉和味觉是化学刺激的接受。另一方面，考虑到将刺激转化为电信号的机制，视觉、嗅觉和味觉（甜味、苦味和鲜味）受体通过与三聚体G蛋白偶联来激活磷脂酶C，并生成三磷酸肌醇（IP3）。结果，内质网中的IP3受体被激活，内质网中的Ca 2+ 离子被释放到细胞质中，使膜去极化，对于酸性和咸味，受体直接充当离子通道。这导致Ca ^ 2+ 离子等阳离子流入细胞，导致膜去极化。在本研究中，我们旨在通过原子分辨率水平的刺激来阐明受体的激活机制。感觉受体的 X 射线晶体结构。我们试图表达大量的G蛋白偶联受体的配体结合结构域和通道型受体的全长和胞内结构域以进行结构分析，但我们还未能筛选出结晶条件。另一方面，我们一直在尝试确定源自嗜热细菌的膜蛋白的晶体结构，目标是通过与京都大学病毒研究所的伊藤义明教授的共同研究来确定膜蛋白的晶体结构。，我们分别有 SecDF 和 SecYE。我们获得了分辨率为3.7 Å和3.2 Å的晶体，并利用硒原子的反常色散确定了相并获得了电子密度。对于SecYE，我们完成了分辨率为3.2 Å的结构精修（R_< free>0.32 ）。我们制备了来自嗜热镰刀菌的金属离子转运蛋白的高分辨率晶体，并利用硒原子的异常分散确定了 3.5 Å 分辨率的结构。对于细胞质结构域，我们以 2.5 Å 分辨率确定了两种离子的结构确定了转运蛋白的结构。