Characterization of dynamics and functions of antibodies

抗体动力学和功能的表征

• 批准号: 19J15602
• 负责人: 與語 理那
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Nagoya City University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J15602/
• 关键词: IgG; Fc受容体; 補体; 高速原子間力顕微鏡; 水素重水素交換質量分析; 分子動力学シミュレーション; 抗体; 原子間力顕微鏡; 溶液散乱; MDシミュレーション

本研究では、様々な物理化学的手法を駆使し、免疫グロブリンG (IgG)の動的構造と相互作用を捉えることで、IgGによるエフェクター機能発動における分子メカニズムの解明を目指した。これまでIgGのエフェクター機能発動の機構については、アロステリックモデルと会合モデルという２つのモデルが提唱されてきたが、その詳細な分子メカニズムは明らかとなっていなかった。IgGは、抗原の認識を担うFab領域と、補体因子や免疫細胞上に存在するFc受容体と結合するFc領域が柔軟なヒンジで連結された構造をしている。分子動力学シミュレーションを用いた計算科学的アプローチにより、Fcのコンフォメーション空間を探査し、糖残基の除去がもたらす局所構造の変化がエフェクター分子との親和性を向上させる機構を明らかにしてきた。また、高速原子間力顕微鏡および水素重水素交換質量分析により、これまで明らかとなっていなかったFab領域とFc受容体の相互作用を見出すことに成功した。さらに、抗原膜上におけるIgGの振る舞いを観測することで、IgGが自発的に6量体からなるリング構造を形成することを見出した。このリング構造の形成はIgGのFc領域を介しており、ヒンジ領域の柔軟性もリング構造形成に重要であることも明らかにしてきた。また、IgGが機能を発動する場である血中などの夾雑環境に着目した核磁気共鳴法および細胞傷害活性の評価により、IgGは様々な血清成分との相互作用を介してエフェクター機能を発動していることが示唆された。本研究により得られたIgG分子の動的高次構造および相互作用の理解を通じて、IgGによるエフェクター機能の発動メカニズムをめぐる2つのモデルは統合的に理解することが可能となり、抗原認識を契機とするエフェクター機能の発動制御について新たな描像を与えるものとなった。

在这项研究中，我们旨在通过捕获免疫球蛋白G（IgG）的动态结构和相互作用来阐明IgG通过IgG激活的分子机制。到目前为止，已经提出了两个模型，用于激活IgG的效应子功能的机制：一种变构模型和一个关联模型，但尚未阐明这些模型的详细分子机制。 IgG具有一个结构，其中负责抗原识别的FAB区域和与补体因子和FC受体结合的FC区域与免疫细胞上的FC受体结合通过柔性铰链连接。使用分子动力学模拟的计算科学方法已被用来探索FC的构象空间，并阐明通过去除糖残基引起的局部结构变化改善其与效应分子的亲和力的机制。此外，高速原子力显微镜和氢氘交换质谱法已经成功地发现了Fab区域与FC受体之间的相互作用，直到现在迄今为止尚不明显。此外，通过观察IgG在抗原膜上的行为，我们发现IgG自发形成己酰胺环结构。该环结构的形成是通过IgG的FC区域的形成，还揭示了铰链区域的柔韧性对于形成环结构也很重要。此外，重点是污染环境（例如血液），在IgG激活功能的部位，细胞毒性活性的评估表明，IgG通过与各种血清成分的相互作用来激活效应子功能。通过了解从这项研究获得的IgG分子的动态结构和相互作用，可以以综合方式理解围绕IgG激活效应函数的机制的两个模型，从而为抗原识别触发的效应函数激活控制的新图片提供了新的图像。

项目成果

IgGとFc受容体の相互作用におけるFab領域の新規結合部位の同定

鉴定 IgG 和 Fc 受体相互作用中 Fab 区的新结合位点

• 发表时间: 2019
• 作者: Saeko Yanaka;Rina Yogo;Rintaro Inoue;Masaaki Sugiyama;Satoru G. Itoh;Hisashi Okumura;Yohei Miyanoiri;Hirokazu Yagi;Tadashi Satoh;Takumi Yamaguchi and Koichi Kato;小川光貴，矢木宏和，田嶌優子，妹尾勇弥，池田和貴，加藤晃一，竹内英之，岡島徹也;谷中冴子;與語理那
• 通讯作者: 與語理那

A feasibility study of inverse contrast-matching small-angle neutron scattering method combined with size exclusion chromatography using antibody interactions as model systems

以抗体相互作用为模型系统的逆对比匹配小角中子散射法与尺寸排阻色谱相结合的可行性研究

• DOI: 10.1093/jb/mvab012
• 发表时间: 2021
• 期刊: The Journal of Biochemistry
• 作者: Sato Nobuhiro;Yogo Rina;Yanaka Saeko;Martel Anne;Porcar Lionel;Morishima Ken;Inoue Rintaro;Tominaga Taiki;Arimori Takao;Takagi Junichi;Sugiyama Masaaki;Kato Koichi
• 通讯作者: Kato Koichi

抗体に秘められた結合部位の発見

发现抗体中隐藏的结合位点

NMR assignments of the N-glycans of the Fc fragment of mouse immunoglobulin G2b glycoprotein

小鼠免疫球蛋白 G2b 糖蛋白 Fc 片段的 N-聚糖的 NMR 分配

• DOI: 10.1007/s12104-020-10004-5
• 发表时间: 2021
• 期刊: Biomolecular NMR Assignments
• 影响因子: 0.9
• 作者: Yanaka Saeko;Yamaguchi Yoshiki;Takizawa Takeshi;Miyanoiri Yohei;Yogo Rina;Shimada Ichio;Kato Koichi
• 通讯作者: Kato Koichi

Exploration of dynamical structures and interactions of antibodies

抗体动力学结构和相互作用的探索

• 发表时间: 2021
• 作者: Yanaka Saeko;Yogo Rina;Inoue Rintaro;Sugiyama Masaaki;Itoh Satoru G.;Okumura Hisashi;Miyanoiri Yohei;Yagi Hirokazu;Satoh Tadashi;Yamaguchi Takumi;Kato Koichi;與語理那;Rina Yogo
• 通讯作者: Rina Yogo