2025/05/22 更新

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サカクラ マサヨシ
坂倉 正義
Masayoshi Sakakura
所属
生命医科学研究科 生命医科学専攻 准教授
理学部 理学科
職名
准教授
プロフィール
神経系に発現する膜タンパク質など、疾患に関連したタンパク質の構造解析・物理化学的性状解析を行っています。疾患の分子メカニズムを解明し、新規薬物を創製することを大きな目標にして、研究を進めています。
外部リンク

学位

  • 博士(薬学) ( 東京大学 )

研究キーワード

  • 核磁気共鳴法

  • シャルコー・マリー・トゥース病

  • C99

  • アミロイド前駆タンパク質

  • PMP22

  • MPZ

  • P0

  • ミエリン

  • 脱髄疾患

  • 構造生物学

研究分野

  • ライフサイエンス / 薬系分析、物理化学  / 構造生物学

経歴

  • 横浜市立大学   理学部 理学科 生命医科学研究科 生命医科学専攻   准教授

    2022年4月 - 現在

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  • 横浜市立大学   国際総合科学部 生命医科学コース 生命医科学研究科生命医科学専攻   助教

    2013年4月 - 2022年3月

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  • 横浜市立大学   大学院生命ナノシステム科学研究科生体超分子科学専攻   助教

    2012年4月 - 2013年3月

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  • 横浜市立大学   大学院生命ナノシステム科学研究科生体超分子科学専攻   特任助教

    2011年6月 - 2012年3月

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  • Vanderbilt University   School of Medicine   Research Fellow

    2008年4月 - 2011年5月

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  • 東京大学   大学院薬学系研究科   助教

    2001年6月 - 2008年3月

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論文

  • Structural bases for the Charcot-Marie-Tooth disease induced by single amino acid substitutions of myelin protein zero. 国際誌

    Masayoshi Sakakura, Mikio Tanabe, Masaki Mori, Hideo Takahashi, Kazuhiro Mio

    Structure (London, England : 1993)   2023年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Myelin protein zero (MPZ or P0) is a transmembrane protein which functions to glue membranes in peripheral myelin. Inter-membrane adhesion is mediated by homophilic interactions between the extracellular domains (ECDs) of MPZ. Single amino acid substitutions in an ECD cause demyelinating neuropathy, Charcot-Marie-Tooth disease (CMT), with unknown mechanisms. In this study, by using a novel assay system "nanomyelin," we revealed that a stacked-rings-like ECD-8-mer is responsible for membrane adhesion. Two inter-ECD interactions, cis and head-to-head, are essential to constituting the 8-mer and to gluing the membranes. This result was reinforced by the observation that the CMT-related N87H substitution at the cis interface abolished membrane-adhesion activity. In contrast, the CMT-related D32G and E68V variants retained membrane-stacking activity, whereas their thermal stability was lower than that of the WT. Reduced thermal stability may lead to impairment of the long-term stability of ECD and the layered membranes of myelin.

    DOI: 10.1016/j.str.2023.08.016

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  • Cooperative interactions facilitate stimulation of Rad51 by the Swi5-Sfr1 auxiliary factor complex 査読

    Bilge Argunhan, Masayoshi Sakakura, Negar Afshar, Misato Kurihara, Kentaro Ito, Takahisa Maki, Shuji Kanamaru, Yasuto Murayama, Hideo Tsubouchi, Masayuki Takahashi, Hideo Takahashi, Hiroshi Iwasaki

    eLife   9   e52566   2020年3月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:eLife Sciences Publications, Ltd  

    Although Rad51 is the key protein in homologous recombination (HR), a major DNA double-strand break repair pathway, several auxiliary factors interact with Rad51 to promote productive HR. We present an interdisciplinary characterization of the interaction between Rad51 and Swi5-Sfr1, a conserved auxiliary factor. Two distinct sites within the intrinsically disordered N-terminus of Sfr1 (Sfr1N) were found to cooperatively bind Rad51. Deletion of this domain impaired Rad51 stimulation in vitro and rendered cells sensitive to DNA damage. By contrast, amino acid-substitution mutants, which had comparable biochemical defects, could promote DNA repair, suggesting that Sfr1N has another role in addition to Rad51 binding. Unexpectedly, the DNA repair observed in these mutants was dependent on Rad55-Rad57, another auxiliary factor complex hitherto thought to function independently of Swi5-Sfr1. When combined with the finding that they form a higher-order complex, our results imply that Swi5-Sfr1 and Rad55-Rad57 can collaboratively stimulate Rad51 in Schizosaccharomyces pombe.

    DOI: 10.7554/elife.52566

    Scopus

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    その他リンク: https://cdn.elifesciences.org/articles/52566/elife-52566-v1.xml

  • Structural Mechanisms Underlying Activity Changes in an AMPA-type Glutamate Receptor Induced by Substitutions in Its Ligand-Binding Domain 査読

    Masayoshi Sakakura, Yumi Ohkubo, Hiraku Oshima, Suyong Re, Masahiro Ito, Yuji Sugita, Hideo Takahashi

    Structure   27 ( 11 )   1698 - 1709.e5   2019年11月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1016/j.str.2019.09.004

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  • Rad51 Interaction Analysis Reveals a Functional Interplay Among Recombination Auxiliary Factors

    Bilge Argunhan, Masayoshi Sakakura, Negar Afshar, Misato Kurihara, Kentaro Ito, Takahisa Maki, Shuji Kanamaru, Yasuto Murayama, Hideo Tsubouchi, Masayuki Takahashi, Hideo Takahashi, Hiroshi Iwasaki

    2019年8月

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    出版者・発行元:Cold Spring Harbor Laboratory  

    ABSTRACT

    Although Rad51 is the key protein in homologous recombination (HR), a major DNA double-strand break repair pathway, several auxiliary factors interact with Rad51 to promote productive HR. Here, we present an interdisciplinary characterization of the interaction between Rad51 and Swi5-Sfr1, a widely conserved auxiliary factor. NMR and site-specific crosslinking experiments revealed two distinct sites within the intrinsically disordered N-terminus of Sfr1 that cooperatively bind to Rad51. Although disruption of this binding severely impaired Rad51 stimulation in vitro, interaction mutants did not show any defects in DNA repair. Unexpectedly, in the absence of the Rad51 paralogs Rad55-Rad57, which constitute another auxiliary factor complex, these interaction mutants were unable to promote DNA repair. Our findings provide molecular insights into Rad51 stimulation by Swi5-Sfr1 and suggest that, rather than functioning in an independent subpathway of HR as was previously proposed, Rad55-Rad57 facilitates the recruitment of Swi5-Sfr1 to Rad51.

    DOI: 10.1101/738179

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  • Peripheral myelin protein 22 modulates store-operated calcium channel activity, providing insights into Charcot-Marie-Tooth disease etiology 査読

    Carlos G. Vanoye, Masayoshi Sakakura, Rose M. Follis, Alexandra J. Trevisan, Malathi Narayan, Jun Li, Charles R. Sanders, Bruce D. Carter

    Journal of Biological Chemistry   294 ( 32 )   12054 - 12065   2019年8月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:American Society for Biochemistry & Molecular Biology (ASBMB)  

    DOI: 10.1074/jbc.ra118.006248

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  • Population Shift Mechanism for Partial Agonism of AMPA Receptor 査読

    Hiraku Oshima, Suyong Re, Masayoshi Sakakura, Hideo Takahashi, Yuji Sugita

    BIOPHYSICAL JOURNAL   116 ( 1 )   57 - 68   2019年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1016/j.bpj.2018.11.3122

    Web of Science

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  • Methyl-selective isotope labeling using α-ketoisovalerate for the yeast Pichia pastoris recombinant protein expression system 査読

    Rika Suzuki, Masayoshi Sakakura, Masaki Mori, Moe Fujii, Satoko Akashi, Hideo Takahashi

    Journal of Biomolecular NMR   71 ( 4 )   1 - 11   2018年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1007/s10858-018-0192-3

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  • Structural mechanisms for the S‐nitrosylation‐derived protection of mouse galectin‐2 from oxidation‐induced inactivation revealed by NMR 査読

    Masayoshi Sakakura, Mayumi Tamura, Norihiko Fujii, Tomoharu Takeuchi, Tomomi Hatanaka, Seishi Kishimoto, Yoichiro Arata, Hideo Takahashi

    The FEBS Journal   285 ( 6 )   1129 - 1145   2018年3月

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    担当区分:筆頭著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Wiley  

    DOI: 10.1111/febs.14397

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    その他リンク: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full-xml/10.1111/febs.14397

  • Allosteric activation of membrane-bound glutamate receptors using coordination chemistry within living cells 査読

    Shigeki Kiyonaka, Ryou Kubota, Yukiko Michibata, Masayoshi Sakakura, Hideo Takahashi, Tomohiro Numata, Ryuji Inoue, Michisuke Yuzaki, Itaru Hamachi

    NATURE CHEMISTRY   8 ( 10 )   958 - 967   2016年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:NATURE PUBLISHING GROUP  

    The controlled activation of proteins in living cells is an important goal in protein-design research, but to introduce an artificial activation switch into membrane proteins through rational design is a significant challenge because of the structural and functional complexity of such proteins. Here we report the allosteric activation of two types of membrane-bound neurotransmitter receptors, the ion-channel type and the G-protein-coupled glutamate receptors, using coordination chemistry in living cells. The high programmability of coordination chemistry enabled two His mutations, which act as an artificial allosteric site, to be semirationally incorporated in the vicinity of the ligand-binding pockets. Binding of Pd(2,2'-bipyridine) at the allosteric site enabled the active conformations of the glutamate receptors to be stabilized. Using this approach, we were able to activate selectively a mutant glutamate receptor in live neurons, which initiated a subsequent signal-transduction pathway.

    DOI: 10.1038/NCHEM.2554

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  • Structural Basis for the Trembler-J Phenotype of Charcot-Marie-Tooth Disease 査読

    Masayoshi Sakakura, Arina Hadziselimovic, Zhen Wang, Kevin L. Schey, Charles R. Sanders

    Structure   19 ( 8 )   1160 - 1169   2011年8月

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    担当区分:筆頭著者   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    DOI: 10.1016/j.str.2011.05.009

    Web of Science

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  • Lysophospholipid Micelles Sustain the Stability and Catalytic Activity of Diacylglycerol Kinase in the Absence of Lipids 査読

    Julia Koehler, Endah S. Sulistijo, Masayoshi Sakakura, Flak Jun Kim, Charles D. Ellis, Charles R. Sanders

    BIOCHEMISTRY   49 ( 33 )   7089 - 7099   2010年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER CHEMICAL SOC  

    There has been a renewal of interest in interactions of membrane proteins with detergents and lipids, sparked both by recent results that illuminate the structural details of these interactions and also by the realization that some experimental membrane protein structures are distorted by detergent-protein interactions. The integral membrane enzyme diacylglycerol kinase (DAGK) has long been thought to require the presence of lipid as an obligate "cofactor" in order to be catalytically viable in micelles. Here, we report that near-optimal catalytic properties are observed for DAGK in micelles composed of lysomyristoylphosphatidylcholine (LMPC), with significant activity also being observed in micelles composed of lysomyristoylphosphatidylglycerol and tetradecylphosphocholine. All three of these detergents were also sustained high stability of the enzyme. NMR measurements revealed significant differences in DAGK-detergent interactions involving LMPC micelles versus micelles composed of dodecylphosphocholine. These results highlight the fact that some integral membrane proteins can maintain native-like properties in lipid-free detergent micelles and also suggest that C(14)-based detergents may be worthy of more widespread use in studies of membrane proteins.

    DOI: 10.1021/bi100575s

    Web of Science

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  • Direct binding of cholesterol to the amyloid precursor protein: An important interaction in lipid-Alzheimer's disease relationships? 査読

    Beel AJ, Sakakura M, Barrett PJ, Sanders CR

    Biochimica et biophysica acta   1801 ( 8 )   975 - 982   2010年8月

  • An NMR method for the determination of protein binding interfaces using TEMPOL-induced chemical shift perturbations 査読

    Jun Moriya, Masayoshi Sakakura, Yuji Tokunaga, R. Scott Prosser, Ichio Shimada

    Biochimica et Biophysica Acta - General Subjects   1790 ( 10 )   1368 - 1376   2009年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    Background: The determination of protein-protein interfaces is of crucial importance to understand protein function and to guide the design of compounds. To identify protein-protein interface by NMR spectroscopy, 13C NMR paramagnetic shifts induced by freely diffusing 4-hydroxy-2, 2, 6, 6-tetramethyl-piperidine-1-oxyl (TEMPOL) are promising, because TEMPOL affects distinct 13C NMR chemical shifts of the solvent accessible nuclei belonging to proteins of interest, while 13C nuclei within the interior of the proteins may be distinguished by a lack of such shifts. Method: We measured the 13C NMR paramagnetic shifts induced by TEMPOL by recording 13C-13C TOCSY spectra for ubiquitin in the free state and the complex state with yeast ubiquitin hydrolase1 (YUH1). Results: Upon complexation of ubiquitin with YUH1, 13C NMR paramagnetic shifts associated with the protein binding interface were reduced by 0.05 ppm or more. The identified interfacial atoms agreed with the prior X-ray crystallographic data. Conclusions: The TEMPOL-induced 13C chemical shift perturbation is useful to determine precise protein-protein interfaces. General significance: The present method is a useful method to determine protein-protein interface by NMR, because it has advantages in easy sample preparations, simple data analyses, and wide applicabilities. © 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.bbagen.2009.06.001

    Web of Science

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  • Structural Investigation of the Interaction between LolA and LolB Using NMR 査読

    Shingo Nakada, Masayoshi Sakakura, Hideo Takahashi, Suguru Okuda, Hajime Tokuda, Ichio Shimada

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY   284 ( 36 )   24634 - 24643   2009年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER SOC BIOCHEMISTRY MOLECULAR BIOLOGY INC  

    Lipoproteins that play critical roles in various cellular functions of Gram-negative bacteria are localized in the cells inner and outer membranes. Lol proteins (LolA, LolB, LolC, LolD, and LolE) are involved in the transportation of outer membrane-directed lipoproteins from the inner to the outer membrane. LolA is a periplasmic chaperone that transports lipoproteins, and LolB is an outer membrane receptor that accepts lipoproteins. To clarify the structural basis for the lipoprotein transfer from LolA to LolB, we examined the interaction between LolA and mLolB, a soluble mutant of LolB, using solution NMR spectroscopy. We determined the interaction mode between LolA and mLolB with conformational changes of LolA. Based upon the observations, we propose that the LolA center dot LolB complex forms a tunnel-like structure, where the hydrophobic insides of LolA and LolB are connected, which enables lipoproteins to transfer from LolA to LolB.

    DOI: 10.1074/jbc.M109.001149

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  • Cross-saturation and transferred cross-saturation experiments 査読

    Ichio Shimada, Takumi Ueda, Masahiko Matsumoto, Masayoshi Sakakura, Masanori Osawa, Koh Takeuchi, Noritaka Nishida, Hideo Takahashi

    PROGRESS IN NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SPECTROSCOPY   54 ( 2 )   123 - 140   2009年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:PERGAMON-ELSEVIER SCIENCE LTD  

    DOI: 10.1016/j.pnmrs.2008.07.001

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  • Carbohydrate binding mechanism of the macrophage galactose-type C-type lectin 1 revealed by saturation transfer experiments 査読

    Masayoshi Sakakura, Sarawut Oo-Puthinan, Chifumi Moriyama, Tomomi Kimura, Jun Moriya, Tatsuro Irimura, Ichio Shimada

    Journal of Biological Chemistry   283 ( 48 )   33665 - 33673   2008年11月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:American Society for Biochemistry & Molecular Biology (ASBMB)  

    Macrophage galactose-type C-type lectins 1 and 2 (MGL1/2) are expressed on the surfaces of macrophages and immature dendritic cells. Despite the high similarity between the primary sequences of MGL1 and MGL2, they display different ligand specificities. MGL1 shows high affinity for the Lewis X trisaccharide, whereas MGL2 shows affinity for N- acetylgalactosamine. To elucidate the structural basis for the ligand specificities of the MGLs, we performed NMR analyses of the MGL1-Lewis X complex. To identify the LewisX binding site on MGL1, a saturation transfer experiment for the MGL1-LewisX complex where sugar-CH/CH2-selective saturation was applied was carried out. To obtain sugar moiety-specific information on the interface between MGL1 and the LewisX trisaccharide, saturation transfer experiments where each of galactose-H5-, fucose-CH3-, and N-acetylglucosamine-CH 3-selective saturations was applied to the MGL1-LewisX complex were performed. Based on these results, we present a LewisX binding mode on MGL1 where the galactose moiety is bound to the primary sugar binding site, including Asp-94, Trp-96, and Asp-118, and the fucose moiety interacts with the secondary sugar binding site, including Ala-89 and Thr-111. Ala-89 and Thr-111 in MGL1 are replaced with arginine and serine in MGL2, respectively. The hydrophobic environment formed by a small side chain of Ala-89 and a methyl group of Thr-111 is a requisite for the accommodation of the fucose moiety of the LewisX trisaccharide within the sugar binding site of MGL1. © 2008 by The American Society for Biochemistry and Molecular Biology, Inc.

    DOI: 10.1074/jbc.M804067200

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  • The amino acids involved in the distinct carbohydrate specificities between macrophage galactose-type C-type lectins 1 and 2 (CD301a and b) of mice 査読

    Sarawut Oo-puthinan, Keisuke Maenuma, Masayoshi Sakakura, Kaori Denda-Nagai, Makoto Tsuiji, Ichio Shimada, Sachiko Nakamura-Tsuruta, Jun Hirabayashi, Nicolai V. Bovin, Tatsuro Irimura

    Biochimica et Biophysica Acta - General Subjects   1780 ( 2 )   89 - 100   2008年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Binding specificities of mouse macrophage galactose-type C-type lectin 1 (MGL1/CD301a) and 2 (MGL2/CD301b) toward various oligosaccharides were compared by frontal affinity chromatography. MGL1 preferentially bound oligosaccharides containing LewisX (LeX) trisaccharides among 111 oligosaccharides tested, whereas MGL2 preferentially bound globoside Gb4. The important amino acids for the preferential bindings were investigated by pair-wise site-directed mutagenesis at positions 61, 89, 97, 100, 110-113, 115, 124, and 125 in the soluble recombinant carbohydrate recognition domains (CRD) prepared in Escherichia coli and purified with galactose-Sepharose. Mutations of Val, Ala, Thr, and Phe at positions 61, 89, 111 and 125 on MGL1 CRD caused reductions in LeX binding. Mutations of MGL2 CRD at Leu, Arg, Arg, and Tyr at positions 61, 89, 115 and 125 were implicated in the preference for β-GalNAc. LeX binding was observed with MGL2 mutants of Arg89Ala and Arg89Ala/Ser111Thr. MGL1 mutants of Ala89Arg and Ala89Arg/Pro115Arg showed β-GalNAc bindings. Molecular modeling illustrated potential direct molecular interactions of Leu61, Arg89, and His109 in MGL2 CRD with GalNAc. © 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.bbagen.2007.10.017

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  • Backbone resonance assignment for the outer membrane lipoprotein receptor LolB from Escherichia coli 査読

    Shingo Nakada, Masayoshi Sakakura, Hideo Takahashi, Hajime Tokuda, Ichio Shimada

    BIOMOLECULAR NMR ASSIGNMENTS   1 ( 1 )   121 - 123   2007年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:SPRINGER  

    LolB, which is anchored to the outer membrane of Gram-negative bacteria, receives outer-membrane-directed lipoproteins from LolA, and incorporates them into the outer membrane. Weestablished backbone resonance assignments of H-2/C-13/N-15 labeled LolB from Escherichia coli.

    DOI: 10.1007/s12104-007-9033-0

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  • Backbone resonance assignments for the periplasmic chaperone LolA from Escherichia coli 査読

    Shingo Nakada, Hideo Takahashi, Masayoshi Sakakura, Masuo Kurono, Ichio Shimada

    BIOMOLECULAR NMR ASSIGNMENTS   1 ( 1 )   125 - 127   2007年7月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:SPRINGER  

    LolA is an essential periplasmic protein in Gram-negative bacteria and plays a role in transporting lipoproteins through periplasmic space from the inner to the outer membrane. We established backbone resonance assignments of H-2/C-13/N-15 labeled LolA from Escherichia coli.

    DOI: 10.1007/s12104-007-9034-z

    Web of Science

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  • Thermodynamic and structural basis for transition-state stabilization in antibody-catalyzed hydrolysis 査読

    Masayuki Oda, Nobutoshi Ito, Takeshi Tsumraya, Kayo Suzuki, Masayoshi Sakakura, Ikuo Fujii

    JOURNAL OF MOLECULAR BIOLOGY   369 ( 1 )   198 - 209   2007年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ACADEMIC PRESS LTD- ELSEVIER SCIENCE LTD  

    Catalytic antibodies 6D9 and 9C10, which were induced by immunization with a haptenic transition-state analog (TSA), catalyze the hydrolysis of a nonbioactive chloramphenicol monoester derivative to generate a bioactive chloramphenicol. These antibodies stabilize the transition state to catalyze the hydrolysis reaction, strictly according to the theoretical relationship: for 6D9, k(cat)/k(uncat) 895 and K(S)/K(TSA)=900, and for 9C10, k(cat)/k(uncat)=56 and K(S)/K(TSA)=60. To elucidate the molecular basis of the antibody-catalyzed reaction, the crystal structure of 6D9 was determined, and the binding thermodynamics of 6D9 and 9C10 with both the substrate and the TSA were analyzed using isothermal titration calorimetry. The crystal structure of the unliganded 6D9 Fab was determined at 2.25 angstrom resolution and compared with that of the TSA-liganded 6D9 Fab reported previously, showing that the TSA is bound into the hydrophobic pocket of the antigen-combining site in an "induced fit" manner, especially at the L1 and H3 CDR loops. Thermodynamic analyses showed that 6D9 binds the substrate of the TSA with a positive Delta S, differing from general thermodynamic characteristics of antigen-antibody interactions. This positive Delta S could be due to the hydrophobic interactions between 6D9 and the substrate or the TSA mediated by Trp H100i. The difference in A G between substrate and TSA-binding to 6D9 was larger than that to 9C10, which is in good correlation with the larger k(cat) value of 6D9. Interestingly, the Delta Delta G was mainly because of the Delta Delta H. The correlation between k(cat) and Delta Delta H is suggestive of "enthalpic strain" leading to destabilization of antibody-substrate complexes. Together with X-ray structural analyses, the thermodynamic analyses suggest that upon binding the substrate, the antibody alters the conformation of the ester moiety in the substrate from the planar Z form to a thermodynamically unstable twisted conformation, followed by conversion into the transition state. Enthalpic strain also contributes to the transition-state stabilization by destabilizing the ground state, and its degree is much larger for the more efficient catalytic antibody, 6D9. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.jmb.2007.03.023

    Web of Science

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  • Structural Basis of the Transition-state Stabilization in Antibody-catalyzed Hydrolysis 査読

    Masayoshi Sakakura, Hideo Takahashi, Nobuhisa Shimba, Ikuo Fujii, Ichio Shimada

    Journal of Molecular Biology   367 ( 1 )   133 - 147   2007年3月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    The catalytic antibody 6D9, which was raised against a transition-state analogue (TSA), catalyzes the hydrolysis of a non-bioactive chloramphenicol monoester to generate chloramphenicol. It has been shown that 6D9 utilizes the binding affinity in the catalysis
    the differential affinity of the TSA relative to the substrate is equal to the rate enhancement. To reveal the recognition mechanism of 6D9 for the TSA and the substrate, we performed NMR analysis of the Fv fragment of 6D9 (6D9-Fv), together with site-directed mutagenesis and stopped-flow kinetic analyses. Among six 6D9-Fv mutants, Y58(H)A and W100i(H)A displayed significant reductions in their affinities to the TSA, while their substrate-binding affinities were identical with that of the wild-type 6D9-Fv. The stopped-flow kinetic studies revealed that the TSA binding to 6D9-Fv occurred by an induced-fit mechanism. In contrast, no induced-fit type of TSA-binding mechanism was observed for Y58(H)A and W100i(H)A. From NMR experiments, we identified the residues with chemical shifts that were perturbed by the ligand-binding. The residues affected by the TSA binding were located on the TSA-binding site determined by the X-ray study, and on the regions far from the binding site. On the other hand, the residues affected by the substrate binding were localized on the TSA-binding site. As for W100i(H)A, no residue other than those in the binding site was affected by the ligand binding. On the basis of these results and the crystal structure, we concluded that the TSA binding induced a conformational change involving the formation of aromatic-aromatic interactions and a hydrogen bond. These interactions can account for the differential affinity for the TSA relative to the substrate. W100i(H) probably plays an important role in inducing the conformational changes. The present NMR studies have enabled us to visualize the concept of transition-state stabilization in enzymatic catalysis, in which the transition-state contacts are better than those of the substrate. © 2006 Elsevier Ltd. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.jmb.2006.12.037

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  • Ligand-induced structural changes of the CD44 hyaluronan-binding domain revealed by NMR 査読

    Mitsuhiro Takeda, Shinji Ogino, Ryo Umemoto, Masayoshi Sakakura, Masahiro Kajiwara, Kazuki N. Sugahara, Haruko Hayasaka, Masayuki Miyasaka, Hiroaki Terasawa, Ichio Shimada

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY   281 ( 52 )   40089 - 40095   2006年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER SOC BIOCHEMISTRY MOLECULAR BIOLOGY INC  

    CD44, a major cell surface receptor for hyaluronan (HA), contains a functional domain responsible for HA binding at its N terminus (residues 21-178). Accumulating evidence indicates that proteolytic cleavage of CD44 in its extracellular region (residues 21-268) leads to enhanced tumor cell migration and invasion. Hence, understanding the mechanisms underlying the CD44 proteolytic cleavage is important for understanding the mechanism of CD44-mediated tumor progression. Here we present the NMR structure of the HA-binding domain of CD44 in its HA-bound state. The structure is composed of the Link module (residues 32-124) and an extended lobe (residues 21-31 and 125-152). Interestingly, a comparison of its unbound and HA-bound structures revealed that rearrangement of the beta-strands in the extended lobe (residues 143-148) and disorder of the structure in the following C-terminal region (residues 153-169) occurred upon HA binding, which is consistent with the results of trypsin proteolysis studies of the CD44 HA-binding domain. The order-to-disorder transition of the C-terminal region by HA binding may be involved in the CD44-mediated cell migration.

    DOI: 10.1074/jbc.M608425200

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  • Backbone resonance assignments for the Fv fragment of catalytic antibody 6D9 complexed with a transition state analogue 査読

    Masayoshi Sakakura, Hideo Takahashi, Hiroaki Terasawa, Kou Takeuchi, Ikuo Fujii, Ichio Shimada

    Journal of Biomolecular NMR   33 ( 4 )   282 - 282   2005年12月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC  

    DOI: 10.1007/s10858-005-3870-x

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    その他リンク: http://link.springer.com/article/10.1007/s10858-005-3870-x/fulltext.html

  • An NMR method for the determination of protein-binding interfaces using dioxygen-induced spin-lattice relaxation enhancement 査読

    M. Sakakura, S. Noba, P. A. Luchette, I. Shimada, R. S. Prosser

    Journal of the American Chemical Society   127 ( 16 )   5826 - 5832   2005年4月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:American Chemical Society (ACS)  

    Using oxygen as a paramagnetic probe, researchers can routinely study topologies and protein-binding interfaces by NMR. The paramagnetic contribution to the amide 1H spin-lattice relaxation rates (R1 P) have been studied for uniformly 2H,15N- labeled FB protein, a 60-residue three-helix bundle, constituting the B domain of protein A. Through TROSY versions of inversion-recovery experiments, R 1P could be determined. R1P was then measured in the presence of a stoichiometric equivalent of an unlabeled Fc fragment of immunoglobulin (Ig) G, and the ratio of R1P of the FB-Fc complex to that of free FB [i.e., R1P(complex)/ R1P(free)] was determined for each observable residue. Regions of helix I and helix II, which were previously known to interact with Fc, were readily identified as belonging to the binding interface by their characteristically reduced values of R1P(complex)/R 1P(free). The method of comparing oxygen-induced spin-lattice relaxation rates of free protein and protein-protein complexes, to detect binding interfaces, offers greater sensitivity than chemical shift perturbation, while it is not necessary to heavily deuterate the labeled protein, as is the case in cross saturation experiments. © 2005 American Chemical Society.

    DOI: 10.1021/ja047825j

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  • Letter to the Editor: H-1, C-13 and N-15 backbone resonance assignments of the hyaluronan-binding domain of CD44 査読

    M Takeda, H Terasawa, M Sakakura, Y Yamaguchi, M Kajiwara, H Kawashima, M Miyasaka, Shimada, I

    JOURNAL OF BIOMOLECULAR NMR   29 ( 1 )   97 - 98   2004年5月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:SPRINGER  

    DOI: 10.1023/B:JNMR.0000019465.12250.e0

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  • Hyaluronan recognition mode of CD44 revealed by cross-saturation and chemical shift perturbation experiments 査読

    M Takeda, H Terasawa, M Sakakura, Y Yamaguchi, M Kajiwara, H Kawashima, M Miyasaka, Shimada, I

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY   278 ( 44 )   43550 - 43555   2003年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER SOC BIOCHEMISTRY MOLECULAR BIOLOGY INC  

    CD44 is the main cell surface receptor for hyaluronic acid (HA) and contains a functional HA-binding domain (HABD) composed of a Link module with N- and C-terminal extensions. The contact residues of human CD44 HABD for HA have been determined by cross-saturation experiments and mapped on the topology of CD44 HABD, which we elucidated by NMR. The contact residues are distributed in both the consensus fold for the Link module superfamily and the additional structural elements consisting of the flanking regions. Interestingly, the contact residues exhibit small changes in chemical shift upon HA binding. In contrast, the residues with large chemical shift changes are localized in the C-terminal extension and the first alpha-helix and are generally inconsistent with the contact residues. These results suggest that, upon ligand binding, the C-terminal extension and the first alpha-helix undergo significant conformational changes, which may account for the broad ligand specificity of CD44 HABD.

    DOI: 10.1074/jbc.M308199200

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  • Collagen-binding mode of vWF-A3 domain determined by a transferred cross-saturation experiment 査読

    N Nishida, H Sumikawa, M Sakakura, N Shimba, H Takahashi, H Terasawa, E Suzuki, Shimada, I

    NATURE STRUCTURAL BIOLOGY   10 ( 1 )   53 - 58   2003年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:NATURE PUBLISHING GROUP  

    The nature of the supramolecular complex between fibrillar collagen and collagen-binding proteins (CBPs) has hindered detailed X-ray and NMR analyses of the ligand-recognition mechanism at atomic resolution because of the lack of appropriate approaches for studying large heterogeneous supramolecular complexes. Recently, we proposed an NMR method, termed transferred cross-saturation (TCS), that enables the rigorous identification of contact residues in a huge protein complex. Here we used TCS to study the supramolecular complex between the A3 domain of von Willebrand factor and fibrillar collagen, which allowed the successful determination of the ligand-binding site of the A3 domain. The binding site of the A3 domain was located at its hydrophobic 'front' surface and was completely different from that of the I domain from the alpha2 subunit of integrin (alpha2-I domain), which was reported to be the hydrophilic 'top' surface of alpha2-I, although the A3 domain and the alpha2-I domain share a similar fold and possess the identical function of collagen binding.

    DOI: 10.1038/nsb876

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  • Letter to the Editor: Backbone H-1, C-13, and N-15 resonance assignments of the von Willebrand factor A3 domain 査読

    N Nishida, M Miyazawa, H Sumikawa, M Sakakura, N Shimba, H Takahashi, H Terasawa, E Suzuki, Shimada, I

    JOURNAL OF BIOMOLECULAR NMR   24 ( 4 )   357 - 358   2002年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:SPRINGER  

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  • Determination of the interface of a large protein complex by transferred cross-saturation measurements 査読

    T Nakanishi, M Miyazawa, M Sakakura, H Terasawa, H Takahashi, Shimada, I

    JOURNAL OF MOLECULAR BIOLOGY   318 ( 2 )   245 - 249   2002年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:ACADEMIC PRESS LTD- ELSEVIER SCIENCE LTD  

    In an earlier paper, it was shown that the cross-saturation method enables us to identify the contact residues of large protein complexes in a more rigorous manner than is possible using chemical shift perturbation and hydrogen-deuterium exchange experiments. However, there are limitations within the determination of the contact residues by the cross-saturation method, in that the method is difficult to apply to protein complexes with a molecular mass over 150 kDa and/or with weak binding, since the resonances originating from the complexes should be observed directly in the method. In the present work, to overcome these limitations, we carried out the cross-saturation measurements under conditions of a fast exchange between free and bound states on the NMR time-scale, and determined the contact residues of the complex of the B domain of protein A and intact IgG, which has a molecular mass of 164 kDa and shows weak binding. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/S0022-2836(02)00018-9

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  • Determination of protonation and deprotonation forms and tautomeric states of histidine residues in large proteins using nitrogen-carbon J couplings in imidazole ring 査読

    N Shimba, H Takahashi, M Sakakura, Fujii, I, Shimada, I

    JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY   120 ( 42 )   10988 - 10989   1998年10月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:AMER CHEMICAL SOC  

    DOI: 10.1021/ja982153g

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書籍等出版物

  • NMRによる有機材料分析とその試料前処理、データ解釈

    技術情報協会( 担当: 共著 範囲: 第6章6節 NMRによるペプチドの立体構造解析)

    技術情報協会  2021年9月  ( ISBN:9784861048609

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    総ページ数:676p   記述言語:日本語  

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  • 物理系薬学〈3〉生体分子・化学物質の構造決定 (スタンダード薬学シリーズ)

    日本薬学会( 担当: 分担執筆 範囲: SBO 16)

    東京化学同人  2006年2月  ( ISBN:4807914537

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    総ページ数:213   記述言語:日本語  

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    ASIN

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MISC

  • 神経栄養因子NGF高親和性受容体TrkAドメイン5と新規結合ペプチドの相互作用解析

    鈴木里佳, 登坂綺水, 浴本亨, 高橋真帆, 山根努, 坂倉正義, 水越弓子, 竹内恒, 嶋田一夫, 池口満徳, 池口満徳, 高橋栄夫

    日本薬学会年会要旨集(Web)   141st   2021年

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  • ガレクチン-2のS-ニトロソ化部位のLC-MS/MSによる解析

    田村 真由美, 藤井 智彦, 坂倉 正義, 武内 智春, 畑中 朋美, 高橋 栄夫, 岸本 成史, 荒田 洋一郎

    日本薬学会年会要旨集   139年会 ( 3 )   102 - 102   2019年3月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:(公社)日本薬学会  

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  • Effects of T686A Mutation on the Structural Stability of the AMPA Receptor Ligand-Binding Domain

    Hiraku Oshima, Suyong Re, Masayoshi Sakakura, Hideo Takahashi, Yuji Sugita

    BIOPHYSICAL JOURNAL   114 ( 3 )   125A - 125A   2018年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究発表ペーパー・要旨(国際会議)   出版者・発行元:CELL PRESS  

    DOI: 10.1016/j.bpj.2017.11.713

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  • NMRを用いたS-ニトロソ化によるガレクチン-2の酸化的失活防御メカニズムの解明

    坂倉 正義, 田村 真由美, 武内 智春, 荒田 洋一郎, 高橋 栄夫

    生命科学系学会合同年次大会   2017年度   [1AT26 - 09(1P   2017年12月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:生命科学系学会合同年次大会運営事務局  

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  • NMRを用いた触媒抗体の構造生物学的解明

    坂倉 正義, 榛葉 信久, 高橋 栄夫, 荒田 洋治, 藤井 郁雄, 嶋田 一夫

    生物物理   38 ( 2 )   S44   1998年9月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人日本生物物理学会  

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  • NMRを用いた触媒抗体の抗原認識機構の解析

    坂倉 正義, 榛葉 信久, 高橋 栄夫, 田中 富士枝, 藤井 郁雄, 嶋田 一夫

    生物物理   37   S21   1997年10月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:一般社団法人日本生物物理学会  

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • 頭頸部癌の治療抵抗性分子群とそのタンパク質機能解析

    研究課題/領域番号:24K12723  2024年4月 - 2027年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    畠山 博充, 坂倉 正義

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    配分額:4680000円 ( 直接経費:3600000円 、 間接経費:1080000円 )

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  • シャルコー・マリー・トゥース病の疾患メカニズム解明に向けたMPZの構造生物学解析

    研究課題/領域番号:24K09763  2024年4月 - 2027年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    坂倉 正義, 三尾 和弘

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    配分額:4680000円 ( 直接経費:3600000円 、 間接経費:1080000円 )

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  • シャルコー・マリー・トゥース病の解明に向けたPMP22とMPZの構造生物学解析

    研究課題/領域番号:21K06515  2021年4月 - 2024年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(C)  基盤研究(C)

    坂倉 正義, 三尾 和弘, 田辺 幹雄

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    配分額:4160000円 ( 直接経費:3200000円 、 間接経費:960000円 )

    シャルコー・マリー・トゥース病(CMT)の原因遺伝子産物であるミエリンタンパク質ゼロ(MPZ)について、ナノディスクを用いてMPZの細胞外ドメイン(MPZ-ECD)の膜重合活性を評価する“ナノミエリン”システムの拡張と、CMT関連アミノ酸残基置換がMPZの機能に及ぼす影響について解析した。
    ナノミエリンについては、これまで用いていた直径10 nmのMSP1D1ナノディスクに加えて、直径13 nmのMSP1E3D1ナノディスク、直径21 nmのMSP2N2ナノディスクを用いたナノミエリンを調製し、電子顕微鏡解析による膜間距離の測定精度を向上させた。CMT誘起型アミノ酸残基置換については、D32G, D46V, A47V, E68V, N87H置換を導入したMPZ-ECDをそれぞれ調製し、サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)およびナノミエリンを用いてこれらのアミノ酸残基置換がMPZの多量体化能・膜重層化能に及ぼす影響を解析した。この結果、N87H変異に伴う多量体化能・膜重層化能の消失が観測され、SECおよびナノミエリン実験において観測されたMPZ-ECDの多量体化・膜重層化能の喪失がミエリン形成不全と関連していることが示唆された。D32G, E68Vについては多量体化能・膜重層化能は観測されたが、CDスペクトルの温度依存的変化の解析から、野生型と比較して熱安定性が低いことが示された。この結果は、D32G, E68V変異を有するCMT患者の発症年齢が高いことと関連する可能性が考えられる。一方、D46V, A47Vについては、多量体化能・膜重層化能・熱安定性が野生型と同等であった。これらのアミノ酸残基置換に伴い誘起されるCMTには、今回の実験条件では観測されなかったホモ相互作用、あるいは他の関連タンパク質とのヘテロ相互作用が関与している可能性が考えられる。

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  • 膜タンパク質の膜貫通領域におけるシステイン残基を介したレドックス感知機構

    研究課題/領域番号:19K07040  2019年4月 - 2022年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(C)  基盤研究(C)

    徳永 裕二, 坂倉 正義, 鴫 直樹

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    配分額:4290000円 ( 直接経費:3300000円 、 間接経費:990000円 )

    本研究では、膜タンパク質の膜貫通領域に多く含まれるシステイン残基が、細胞内外のレドックス環境に応じた酸化や硫化(ポリサルファイド化)などの修飾を介してその機能を制御するとの仮説に基づきその実証的研究を行っている。本研究では、酸素の無い環境で作った試料を溶液NMR法にて観測することで、安定に、かつありのままに膜タンパク質のシステイン残基修飾状態を同定・定量する技術の開発を目指している。
    令和1年度は、アミノ酸のL-システインに、硫化(-S(S)nH化)を施すことが知られる硫化ナトリウムを添加した試料のNMR観測より、複数種類の硫化成分が不均一に混在する様子を安定かつありのままに観測することに成功した。また、LC-MS測定を行うことにより、当該サンプルにおける主たる硫化成分がCys-SSHであることを同定し、NMRシグナル強度との整合性を得た。これにより、システインの硫化状態をNMRにて同定・定量するための基盤が整った。また、可溶性タンパク質であるユビキチンにシステインを導入した変異体を対象とした同様の実験より、システイン残基由来シグナルの化学シフト変化を観測し、このアプローチがタンパク質にも適用可能であることを確認した。さらに、令和2年度の目標を一部先行し、膜タンパク質であるC99についてはNMRスペクトルを取得するとともに、phospholamban(PLN)については大量発現系の構築まで達成した。以上より、令和2年度には可溶性および膜タンパク質を対象としたレドックス修飾状態のNMR解析に速やかに取り掛かることができる。また、後述するように、本研究の内容と深い関わりのある、高分子量タンパク質のNMR観測技術についての論文1報を、査読付き国際誌に発表した。

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  • シャコー・マリー・トゥース病の解明に向けたPMP22とMPZの構造生物学解析

    研究課題/領域番号:18K06601  2018年4月 - 2021年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(C)  基盤研究(C)

    坂倉 正義, 三尾 和弘

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    配分額:4290000円 ( 直接経費:3300000円 、 間接経費:990000円 )

    シャコー・マリー・トゥース病の疾患メカニズムを明らかにするために、ミエリン特有の膜重層構造形成(およびその破綻)におけるPMP22とMPZの役割を原子レベルで理解しようと試みている。今年度は標的をMPZに絞り、構造解析および相互作用解析を行った。
    まず、前年度の解析でボトルネックとなっていた、リコンビナントヒトMPZの細胞外ドメイン(hMPZ-ECD)の収量の改善に取り組み、hMPZ-ECDを従来の10倍以上の収率で得るプロトコールを開発した。このhMPZ-ECDの重合状態をサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)により解析した結果、hMPZ-ECD が8量体と、それより重合度の低い複数の多量体の間の平衡状態として存在することが示された。本リコンビナントhMPZ-ECDは、膜重層化に必要不可欠と考えられる多量体化能を有していると考えられる。
    続いて、hMPZ-ECDの多量体化機構を原子レベルで明らかにするため、X線結晶構造解析によりhMPZ-ECDの立体構造を決定した。この結果、結晶中において3種類(Cis/Trans/HtH)のドメイン間相互作用が観測された。一方、NMRを用いて溶液中におけるhMPZ-ECDのドメイン間相互作用解析を行った。NMRシグナルの濃度依存性解析、および交差飽和実験を行った結果、結晶中において相互作用が観測されない領域(ID領域)におけるドメイン間相互作用が観測された。
    結晶構造解析により示された相互作用面のうち、HtH相互作用面が、溶液中におけるhMPZ-ECDの多量体化に寄与するか否かを検証するため、HtH相互作用面上に存在するW28の変異体(W28A)を調製し、SEC解析を行った。この結果、単量体由来ピークのみが出現したことから、HtH相互作用が8量体形成において重要な役割を果たしていることが示された。

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  • ヒト由来膜タンパク質の機能構造解明に向けたNMRアプローチ

    研究課題/領域番号:15H04340  2015年4月 - 2018年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(B)  基盤研究(B)

    高橋 栄夫, 竹内 恒, 坂倉 正義

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    配分額:16250000円 ( 直接経費:12500000円 、 間接経費:3750000円 )

    本研究において我々は、ヒト由来膜タンパク質などの高分子量タンパク質を対象とした、NMR法による機能構造解析を可能とする、酵母P. pastoris発現系を利用したメチル基選択的なラベル技術を確立することに成功した。さらに、脂質二重膜中における膜タンパク質の機能構造解析を行うために、膜タンパク質をナノリポタンパク質粒子に再構成する手法を確立し、異なる脂質中におけるヒト由来膜タンパク質の動的特性の相違をNMR法により観測することが可能となった。本研究により確立したアプローチは、NMRによるヒト膜タンパク質の機能構造解明に広く活用できるものであると考える。

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  • NMRを用いたエイコサノイド代謝関連膜タンパク質群の動的構造解析

    研究課題/領域番号:26460038  2014年4月 - 2017年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(C)  基盤研究(C)

    坂倉 正義, 藤井 萌, 伏見 威俊, 小池 賢一郎, 鈴木 里佳, 高橋 栄夫

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    配分額:5070000円 ( 直接経費:3900000円 、 間接経費:1170000円 )

    脂質に由来する生理活性物質であるエイコサノイドの代謝に関与する3個の膜タンパク質(FLAP, LTC4S, mPGES1)について、酵母を用いたリコンビナントタンパク質の発現・精製・疑似膜環境への再構成手法を確立した。得られたリコンビナントタンパク質について、NMR等の物理化学的手法を用いた性状解析・相互作用解析を行い、FLAPについては、阻害剤結合に伴い構造変化が誘起されることを見出した。本研究においては、膜タンパク質を脂質二重膜中に封入した状態でNMR解析を行う手法など、他の膜タンパク質研究に対しても応用可能な技術も開発した。

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  • ヒト由来膜タンパク質のNMR構造解析に向けた基盤研究

    研究課題/領域番号:24370048  2012年4月 - 2015年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 基盤研究(B)  基盤研究(B)

    高橋 栄夫, 竹内 恒, 坂倉 正義

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    配分額:17810000円 ( 直接経費:13700000円 、 間接経費:4110000円 )

    酵母発現系を用いることで、大腸菌発現系では調製することが困難なヒト由来膜タンパク質について、NMRを用いた構造解析を行うための試料調製手法の開拓を行った。この結果、複数のヒト膜タンパク質を酵母の細胞膜中に発現させることに成功するとともに、様々なバリエーションの安定同位体ラベル手法を確立し、NMRを用いた膜タンパク質の構造解析に利用できることを示した。本研究により確立した酵母を用いた膜タンパク質の安定同位体ラベル手法は、様々な膜タンパク質に対して応用可能であり、汎用性が高いと考える。

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  • 新規AMPAR賦活薬を指向したAMPAR制御タンパク質Stargazinの解析

    研究課題/領域番号:24790046  2012年4月 - 2014年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 若手研究(B)  若手研究(B)

    坂倉 正義

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    配分額:4420000円 ( 直接経費:3400000円 、 間接経費:1020000円 )

    興奮性神経伝達を司るAMPA型グルタミン酸受容体(AMPAR)の制御膜タンパク質であるstargazinについて、AMPARとの相互作用機構を明らかとすることによって、新規抗精神疾患薬をデザインするための基盤情報を得ることを目的とし、研究を行った。核磁気共鳴法(NMR)を用いた構造解析・相互作用解析を行うために、酵母を用いて、安定同位体標識を行った再構成タンパク質を発現させ、精製を行った。この結果、1 L培養あたり4 mg程度のタンパク質を得る培養・精製プロトコールを確立することに成功した。本プロトコールを基にして、今後NMRを用いた構造解析が可能になると期待される。

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  • コンタクトシフトと立体整列同位体標識法を利用した新規蛋白質相互作用解析法の開発

    研究課題/領域番号:19790029  2007年 - 2008年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 若手研究(B)  若手研究(B)

    坂倉 正義

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    配分額:3780000円 ( 直接経費:3300000円 、 間接経費:480000円 )

    本研究においては、常磁性物質がタンパク質表面の13C核に対して誘起する常磁性シフトと、立体整列同位体標識法(SAIL標識法)を用いる事により、高分子量タンパク質複合体に対しても適用可能な、新しい蛋白質-蛋白質相互作用界面同定法を開発することを目的とした。解析対象としては、ユビキチン加水分解酵素(YUH)(C90S変異体)とユビキチン(ubi)の相互作用系をモデル解析系として用いた。YUHに対して安定同位体標識を導入し、観測対象とした。(1)サンプルの調製:無細胞発現系、および、アミノ酸要求性大腸菌を用いて、YUHに対して、SAIL標識Leu,Pheを導入する検討を行った。(2)YUHの13C由来シグナルの帰属:SAIL標識サンプル、uniform-2H,13C,15N 標識サンプル、50%-2H,uniform-13C,15N 標識サンプルを用いて、YUH、YUH-Ubi複合体の13C核由来シグナルの帰属を行った。シグナルの帰属は、HC(CO)NH、15N-NOESY-HSQC、13C-NOESY-HSQC等の3次元スペクトルを解析することにより行った。この結果、YUHに存在するLeu残基のメチル基(52個)の全てについて、シグナルを帰属することに成功した。(3)13C-NMR測定方法の検討:13C直接検出型実験であるCC-TOCSYについて、重水素デカップル等の測定条件の最適化について検討を行った。(4)常磁性シフトの測定:[SAIL-Leu]標識を導入したYUHについて、1H-13C相関スペクトルを測定した。この結果、[ul-13C-Leu]YUHと比較して高感度・高分解能のスペクトルが得られ、シグナルの縮重が回避された。さらに、ubiquitin結合に伴う常磁性シフト変化を解析した結果、YUH-ubiquitinの結晶構造において結合界面に存在するL44-Cδ1 に由来するシグナルについて、0.18ppmの常磁性シフトの減少が観測された。常磁性シフト解析の解析対象とする事が可能であった原子数は、[ul-13C-Leu]YUHでは27/52個(52%)であったが、[SAIL-Leu]においては、17/26(65%)であった。以上の結果から、SAIL、標識法の導入により、常磁性シフトを用いた相互作用解析法が、高分子量タンパク質に対して適用可能となることが示唆された。

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  • NMRを用いた生体機能分子-標的蛋白質複合体の相互作用解析法の開発

    研究課題/領域番号:18032021  2006年 - 2007年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 特定領域研究  特定領域研究

    坂倉 正義, 嶋田 一夫

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    配分額:4200000円 ( 直接経費:4200000円 )

    既存の分子を超える高機能性分子を設計するためには、リガンド分子が標的蛋白質のどの部位と相互作用しているかを、原子レベルで理解する必要がある。本研究は、蛋白質上のリガンド結合部位を原子レベルにおいて同定することを目的として、常磁性分子が蛋白質表面の13C核に対して誘起する常磁性シフトを利用した、新規NMR相互作用解析法の開発を行った。本年度は、常磁性シフトを利用した相互作用界面決定法の適用範囲の拡張について検討を行った。
    (1)相互作用系の親和性(親和性の弱い複合体についても相互作用界面を決定できるか?)
    単独状態のubiquitinと、YUH(wt)結合状態のubiquitin(結合定数1.3×10e5 M-1)のそれぞれに対してTEMPOLを添加し、YUH(wt)結合に伴う常磁性シフトの変化を測定した。この結果、ubiquitinのT7-Cb,Cg,T9-Cg,I44-Cg2,Cd,V70-Cb,Cg1,Cg2,L71-Cb,Cd1,L73-Cd1について、YUH(wt)結合に伴う0.05ppm以上の常磁性シフトの減少が観測された。これらの原子の分布域は、ubiquitin-YUH(C90S)(結合定数2.2×10e7M-1)の常磁性シフト解析において検出された相互作用界面原子の分布域と一致していた。以上より、常磁性シフトを利用した相互作用界面決定法が、NMRの時間領域において速い交換状態である、結合定数として10e5[M-1]程度の親和性の相互作用系に対して適用可能であると結論した。
    (2)相互作用系の分子量(膜蛋白質などの巨大分子についても相互作用界面を決定できるか?)(坂倉)
    カリウムチャネルであるKcsA(みかけの分子量>100KDa)に対して安定同位体標識を導入し、一連の3重共鳴測定を行うことにより、KcsAの主鎖NHに由来するシグナルの帰属を試みた。また、Kayらによって開発された手法(Tugarinov and Kay,2005)を用いることによりメチル基に対して選択的に安定同位体標識を行い、KcsAのメチル基に由来するシグナルを高感度に観測することに成功した。

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  • 酸素分子を利用した生体高分子複合体の相互作用界面を決定する新規NMR解析法の開発

    研究課題/領域番号:17790031  2005年 - 2006年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 若手研究(B)  若手研究(B)

    坂倉 正義

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    配分額:3500000円 ( 直接経費:3500000円 )

    本研究では、溶媒中の酸素分子が蛋白質表面に存在する^<13>C核に対して誘起するコンタクトシフトを利用し、複合体形成に伴う蛋白質の表面の変化を、コンタクトシフトの変化として検出する、新規蛋白質問相互作用界面同定法の開発を試みた。40気圧の酸素加圧下および同圧の窒素加圧下において、ユビキチン(ubi)の^<13>CNMRスペクトルを測定し、両者の差から酸素によるコンタクトシフトを得た。同様にして、ubi-ユビキチン加水分解酵素(YUH)複合体について、コンタクトシフトを測定し、ubiについて得られた結果と比較した。複合体形成に伴いコンタクトシフトが減少した原子は、結晶構造解析により既に明らかにされている結合界面上の、複数の領域に散在した。また、結合界面上の一部の原子については、複合体形成に伴い、コンタクトシフトが増加した。以上の結果は、複合体形成に伴い、酸素原子が、相互作用界面の特定領域に捕捉されたことを示す。これらの領域は、酸素分子を収容することが可能な直径3Å以上の脂溶性の空隙であると考えられる。そこで、これらの領域を構成するアミノ酸残基の側鎖を、よりかさ高いアミノ酸へと置換し、空隙を埋めることにより、ubi-YUH間の親和性を上昇させることができると考え、変異体を作成した。この結果、YUHに対する親和性が野生型と比較して高いubi変異体を見出した。以上より、本研究において、酸素原子により誘起されるコンタクトシフトを解析することにより、蛋白質間相互作用界面に存在する空隙を検出することに成功した。さらに、検出した空隙を埋めることにより、相互作用の親和性を上昇させることに成功した。本研究成果は、薬物候補化合物の、標的蛋白質に対する親和性を上昇させるための新たな方法論として拡張しうると考える。本手法を適用可能な分子量の上限、蛋白質-低分子化合物に対する適用についても検討を行った。

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  • NMRを用いた生体機能分子・標的蛋白質複合体の相互作用解析法の開発

    研究課題/領域番号:17035020  2005年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 特定領域研究  特定領域研究

    坂倉 正義, 嶋田 一夫

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    配分額:2800000円 ( 直接経費:2800000円 )

    【目的】既存の分子を超える高機能性分子を設計・合成するためには、リガンド分子が標的蛋白質のどの部位と相互作用しているかを、原子レベルで理解する必要がある。多数の合成リガンド化合物について、標的蛋白質との相互作用解析を行うにはNMR法が有効であるが、従来までの化学シフト変化を指標とした解析法では、リガンド結合部位を正確に決定することが困難であった。本研究においては、標的蛋白質上における低分子リガンド化合物の結合部位を正確に決定する手法の確立を目的として、核スピン間の距離に依存する双極子相互作用を利用した、交差飽和法を用いた蛋白質-低分子リガンド複合体の相互作用解析を行った。
    【結果】レクチンの一種であるmMGL1とリガンド糖(Le^x)の相互作用系を解析対象として、交差飽和実験を行った。一般に、低分子リガンド化合物は回転相関時間が短いため、核スピン緩和の効率が低く、リガンド分子内における分子内スピン拡散効率が低い。そこで、mMGL1-Le^X複合体に対して交差飽和実験を適用する場合に最適な、スペクトル測定温度、飽和周波数領域、飽和時間等の実験条件の探索を行った。この結果、Le^x飽和に伴い、mMGL1由来シグナルの強度減少が観測される条件を見出した。Ala89,Trp96など7残基において、Le^x飽和に伴うシグナル強度減少が観測された。
    【考察】Le^x飽和に伴い、シグナル強度が減少した残基をmMGL1の構造モデル上にマッピングした結果、mMGL1は、3糖から成るLe^xのうちの2糖と相互作用を形成することが示唆された。生体においてLe^xが糖鎖末端に発現する場合、GalおよびFucが、糖鎖末端に露出する。従って、交差飽和法により得られたmMGL1上のLe^x結合部位は妥当であり、本法により、蛋白質-低分子リガンド複合体の相互作用部位を正確に決定できたと結論した。

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  • 原子レベルでの病態解明に向けたハイスループットな分子間相互作用解析法の開発

    研究課題/領域番号:15012213  2003年

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 特定領域研究  特定領域研究

    嶋田 一夫, 坂倉 正義

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    配分額:5200000円 ( 直接経費:5200000円 )

    転移交差飽和法は、分子量無限大の蛋白質複合体に対して、その界面残基を精密に同定する核磁気共鳴(NMR)測定法である。転移交差飽和法を膜タンパク質-ペプチドリガンド間の相互作用系に対して適用するための、最適条件(膜タンパク質の可溶化条件、膜タンパク質-ペプチドモル比、化学交換速度、溶媒の軽水/重水率、飽和方法・飽和時間、等)の探索を行なった。題材としては、Streptomyces lividans由来のカリウムチャネルKcsAとカリウムチャネル阻害ペプチドAgitoxin2を用いた。カリウムチャネルKcsAとカリウムチャネル阻害ペプチドAgitoxin2の発現には大腸菌による大量発現系をもちいた。また、NMR測定に用いるAgitoxin2は、最小培地により、15Nおよび重水素で均一標識をおこなった。
    さらに、(転移)交差飽和法をタンパク質-糖鎖間相互作用系、タンパク質-核酸間相互作用系に対して適用するための、最適条件(タンパク質-リガンドモル比、化学交換速度、溶媒の軽水/重水率、飽和方法・飽和時間、等)の探索を行なった。題材としては、CD44細胞外ドメインとヒアルロン酸(2糖の繰り返しからなる多糖)(タンパク質-糖鎖間相互作用系)、インテインとその認識DNA配列(タンパク質-核酸間相互作用系)を用いた。ヒアルロン酸は、不均一高分子多量体であるので、酵素により重合度のそろった分子を得る方法の確立を目指した。

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