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

• 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
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H02411/
• 关键词: 膜蛋白質; リアノジン受容体; カルシウムチャネル; イオンチャネル; クライオ電子顕微鏡; 構造解析

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。

Type 2 receptor (RyR2, molecular weight 2.2 MDa) is an essential protein for the development of cardiac muscle cells. The large Ca2 +-induced Ca2 + Release in the cytoplasm of the cell is characterized by a single Ca2 +-induced Ca2 +-influx, and a single Ca2 +-induced Ca2 +-binding opening. RyR2 is the cause of irregular heart disease such as induced polymorphic ventricular beats, idiopathic ventricular fibrillation, and QT prolongation syndrome. In recent years, the electron microscope method has been used to understand the structural determination of rapid progress, structural composition, structural change, etc., and the interaction between the elements has been important for the transmission of "open and closed signals." The analysis of the basic structure and function before the start of this study is almost advanced. The structure of the sample is determined by the whole organism, extraction and purification, and the abnormal activity of the sample is determined by the mechanism. In addition, RyR2 has a special chemical (inhibitor, activator) that exists in the presence and development of a strong chemical. In this study, the applicant selected a combination of electron microscope and single particle analysis to determine the high resolution energy structure of RyR2, functional analysis, and structural analysis of different types of RyR2, and an integrated understanding of the opening mechanism of RyR2. The results, orders and 4 years are responsible for the development of Nature Communications.

项目成果

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

• 发表时间: 2021
• 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

• 发表时间: 2023
• 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

• 发表时间: 2023
• 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

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

• 发表时间: 2022
• 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

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

• 发表时间: 2021
• 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