Structural physiology of channels based on development of cryo-electron microscopy

クライオ電子顕微鏡を用いて、ヒトの体の恒常性を保つ上でカギとなる水分子を中心とする生理機能を、関連する膜タンパク質等の立体構造から詳細に理解することを本研究の目的として研究を進めている。中でもほとんどが脂質膜内に埋まっている水チャネルはクライオ電子顕微鏡を用いた単粒子解析が困難な標的であり、実際に、長年努力したにもかかわらず、単粒子解析法では構造解析が出来なかった。この水チャネルについても、独自に開発した第8世代のクライオ電子顕微鏡を用いることによって、構造解析が出来るようになった。それゆえ、水チャネルの構造と機能研究を研究課題の中心としつつ、さらにシグナル伝達機構の理解にとって重要な新たなGPCRsの構造と機能研究も加えて、以下の6課題の研究を進めた。1) クローディン-18の構造解析を目指して発現・精製・結晶化を進めたが、結晶性が不十分なので、それを向上させる検討を進めた。　2) TJについて、我々のdouble-row modelを検証するために、クライオ電子線トモグラフィーデータを取得し立体構造の解析を行った。　3) 炎症性疾患と代謝性障害などに関わるG蛋白質共役型受容体であるヒドロキシカルボン酸受容体のHCA2とHCA3の2種類のGPCRとGiとの複合体の構造解析に成功した。　4) hAC9とGsとの複合体の発現と精製を行い、クライオ電子顕微鏡のデータ収集も行い、hAC9-Gs複合体の構造解析を行った。　5) 水チャネルAQP2の大量発現と精製に成功し、lipid nanodiscへの再構成にも成功し、クライオ電子顕微鏡を用いた構造解析についに成功した。　6) 5）の課題の成功を受けて、多くのヒト由来の水チャネル、そして比較検討するためにヒト由来ではない水チャネルGlpFなどの構造解析にも挑戦し、これらの構造解析に成功した。

クライオ電子顕微鏡を用いて、ヒトの体の恒常性を保つ上でカギとなる水分子を中心とする生理機能を、関連する膜タンパク質等の立体構造から詳細に理解することを本研究の目的として研究を進めている。中でもほとんどが脂質膜内に埋まっている水チャネルはクライオ電子顕微鏡を用いた単粒子解析が困難な標的であり、実際に、長年努力したにもかかわらず、単粒子解析法では構造解析が出来なかった。この水チャネルについても、独自に開発した第8世代のクライオ電子顕微鏡を用いることによって、構造解析が出来るようになった。それゆえ、水チャネルの構造と機能研究を研究課題の中心としつつ、さらにシグナル伝達機構の理解にとって重要な新たなGPCRsの構造と機能研究も加えて、以下の6課題の研究を進めた。1) クローディン-18の構造解析を目指して発現・精製・結晶化を進めたが、結晶性が不十分なので、それを向上させる検討を進めた。　2) TJについて、我々のdouble-row modelを検証するために、クライオ電子線トモグラフィーデータを取得し立体構造の解析を行った。　3) 炎症性疾患と代謝性障害などに関わるG蛋白質共役型受容体であるヒドロキシカルボン酸受容体のHCA2とHCA3の2種類のGPCRとGiとの複合体の構造解析に成功した。　4) hAC9とGsとの複合体の発現と精製を行い、クライオ電子顕微鏡のデータ収集も行い、hAC9-Gs複合体の構造解析を行った。　5) 水チャネルAQP2の大量発現と精製に成功し、lipid nanodiscへの再構成にも成功し、クライオ電子顕微鏡を用いた構造解析についに成功した。　6) 5）の課題の成功を受けて、多くのヒト由来の水チャネル、そして比較検討するためにヒト由来ではない水チャネルGlpFなどの構造解析にも挑戦し、これらの構造解析に成功した。