膜1回貫通型受容体を対象にした「構造生物学での最後のフロンティア」解消への挑戦

解决针对单跨膜受体的“结构生物学最后前沿”的挑战

基本信息

批准号：
22K19375
负责人：
小川治夫
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

X線結晶解析やクライオ電子顕微鏡法（クライオEM）の発展により、G-protein Coupled Receptor (GPCR)等多くの受容体や、イオンチャネル・イオンポンプタンパク質等の膜輸送体の立体構造が報告されている。だがこれまで報告されている膜タンパク質の立体構造は、生体膜を複数回貫通する膜貫通部位を持つ、多回膜貫通型の膜タンパク質である。その一方で、膜を１回のみ貫通する、いわゆる1回貫通型の膜タンパク質の「全長構造」の報告は皆無である。その中で特に重要なものは生体にとって重要なホルモンやサイトカイン等の受容を担う1回貫通型受容体である。だが、1回貫通型受容体は膜貫通領域を1本しか持たないことなどもあり、大量発現・精製や、その後の立体構造解析へ向けたハンドリングが極めて困難であることが知られている。以上のことを考え合わせると、膜1回貫通型受容体の立体構造解析は構造生物学における最後のフロンティアと言っても過言ではないかもしれない。そこで、本研究では申請者のこれまでの研究を発展させ、研究代表者の独自の大量発現・精製技術を駆使することで、この「構造生物学における最後のフロンティア」である膜１回貫通型受容体の生理的状態での構造をクライオ電子顕微鏡により決定することを目指す。これにより、膜１回貫通型受容体での膜を隔てた信号伝達機構・基質認識機構の解明を行うことが可能になると考えられる。令和4年度は大量精製した精製標品のナノディスクへの再構成を試み、これに概ね成功したと考えている。

随着X射线晶体学和冷冻电子显微镜（cryo-EM）的发展，许多受体如G蛋白偶联受体（GPCR）和膜转运蛋白如离子通道和离子泵蛋白的三维结构已被人们所了解。报道称有。然而，迄今为止报道的膜蛋白的三维结构都是具有多次跨膜位点的多次跨膜膜蛋白。另一方面，还没有关于所谓的单穿透膜蛋白的“全长结构”的报道，该蛋白仅穿透膜一次。其中特别重要的是单穿透受体，它负责接收对生物体重要的激素和细胞因子。然而，单通道受体只有一个跨膜区域，并且已知其极难大量表达、纯化和处理以进行后续的 3D 结构分析。考虑到上述情况，可以毫不夸张地说，单跨膜受体的三维结构分析是结构生物学的最后前沿。因此，在本研究中，我们将扩展申请人之前的研究，并利用主要研究者独特的大规模表达和纯化技术来开发一种单跨膜类型，这是“结构生物学的最后前沿”。使用冷冻电子显微镜在生理条件下观察受体的结构。这被认为使得阐明单跨膜受体中跨膜的信号转导机制和底物识别机制成为可能。在 2020 财年，我们尝试将大量纯化样本重组为纳米圆盘，我们相信我们基本上取得了成功。