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

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。

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。