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

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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.