2025/06/21 更新

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リ ヨンチャン
李 勇燦
Yongchan Lee
所属
生命医科学研究科 生命医科学専攻 助教
理学部 理学科
職名
助教
プロフィール

X線結晶構造解析およびクライオ電子顕微鏡を用いて、膜輸送体の作動機構に関する研究を行っている。主要な業績として、バクテリアを持つ最小の糖輸送体SemiSWEETの構造の解明、植物の光合成に必須なリン酸輸送体TPTの構造の解明、抗がん剤の標的候補であるアミノ酸輸送体LAT1の構造の解明などがある。

外部リンク

学位

  • 博士(理学) ( 2018年3月   東京大学 )

研究キーワード

  • 構造生物学

  • タンパク質

  • 膜輸送体

  • クライオ電子顕微鏡

  • X線結晶構造解析

研究分野

  • ライフサイエンス / 構造生物化学

学歴

  • 東京大学   大学院理学系研究科   生物科学専攻

    2015年4月 - 2018年3月

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    国名: 日本国

    備考: 博士後期課程

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  • 東京大学   大学院理学系研究科   生物化学専攻

    2013年4月 - 2015年3月

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    国名: 日本国

    備考: 博士前期課程

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  • 朝鮮大学校   理工学部   理学科

    2009年4月 - 2013年3月

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    国名: 日本国

    備考: 生物学専攻

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経歴

  • 横浜市立大学   大学院生命医科学研究科   助教

    2021年5月 - 現在

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    国名:日本国

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  • Max Planck Institute of Biophysics   Department of Structural Biology   Postdoctoral Researcher

    2018年6月 - 2021年4月

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    国名:ドイツ連邦共和国

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  • 東京大学   大学院理学系研究科   特任研究員

    2018年4月 - 2018年5月

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    国名:日本国

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  • 独立行政法人日本学術振興会   特別研究員(DC1)

    2016年4月 - 2018年3月

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    国名:日本国

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論文

  • Structural basis of anticancer drug recognition and amino acid transport by LAT1

    Yongchan Lee, Chunhuan Jin, Ryuichi Ohgaki, Minhui Xu, Satoshi Ogasawara, Rangana Warshamanage, Keitaro Yamashita, Garib Murshudov, Osamu Nureki, Takeshi Murata, Yoshikatsu Kanai

    Nature Communications   16 ( 1 )   2025年2月

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    掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC  

    Abstract

    LAT1 (SLC7A5) transports large neutral amino acids and plays pivotal roles in cancer proliferation, immune response and drug delivery. Despite recent advances in structural understanding of LAT1, how it discriminates substrates and inhibitors including the clinically relevant drugs remains elusive. Here we report six structures of LAT1 across three conformations with bound ligands, elucidating its substrate transport and inhibitory mechanisms. JPH203 (also known as nanvuranlat or KYT-0353), an anticancer drug in clinical trials, traps LAT1 in an outward-facing state with a U-shaped conformer, with its amino-phenylbenzoxazol moiety pushing against transmembrane helix 3 (TM3) and bending TM10. Physiological substrates like ʟ-Phe lack such effects, whereas melphalan poses steric hindrance, explaining its inhibitory activity. The “classical” system L inhibitor BCH induces an occluded state critical for transport, confirming its substrate-like behavior. These findings provide a structural basis for substrate recognition and inhibition of LAT1, guiding future drug design.

    DOI: 10.1038/s41467-025-56903-w

    DOI: 10.1101/2023.12.03.567112

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    その他リンク: https://www.nature.com/articles/s41467-025-56903-w

  • Ion transfer mechanisms in Mrp-type antiporters from high resolution cryoEM and molecular dynamics simulations 査読

    Yongchan Lee, Outi Haapanen, Anton Altmeyer, Werner Kühlbrandt, Vivek Sharma, Volker Zickermann

    Nature Communications   13 ( 1 )   2022年10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}  

    <jats:title>Abstract</jats:title><jats:p>Multiple resistance and pH adaptation (Mrp) cation/proton antiporters are essential for growth of a variety of halophilic and alkaliphilic bacteria under stress conditions. Mrp-type antiporters are closely related to the membrane domain of respiratory complex I. We determined the structure of the Mrp antiporter from <jats:italic>Bacillus pseudofirmus</jats:italic> by electron cryo-microscopy at 2.2 Å resolution. The structure resolves more than 99% of the sidechains of the seven membrane subunits MrpA to MrpG plus 360 water molecules, including ~70 in putative ion translocation pathways. Molecular dynamics simulations based on the high-resolution structure revealed details of the antiport mechanism. We find that switching the position of a histidine residue between three hydrated pathways in the MrpA subunit is critical for proton transfer that drives gated trans-membrane sodium translocation. Several lines of evidence indicate that the same histidine-switch mechanism operates in respiratory complex I.</jats:p>

    DOI: 10.1038/s41467-022-33640-y

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  • Ca2+-mediated higher-order assembly of heterodimers in amino acid transport system b0,+ biogenesis and cystinuria. 査読 国際誌

    Yongchan Lee, Pattama Wiriyasermkul, Pornparn Kongpracha, Satomi Moriyama, Deryck J Mills, Werner Kühlbrandt, Shushi Nagamori

    Nature Communications   13 ( 1 )   2708 - 2708   2022年5月

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    担当区分:筆頭著者, 責任著者   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}  

    Cystinuria is a genetic disorder characterized by overexcretion of dibasic amino acids and cystine, causing recurrent kidney stones and kidney failure. Mutations of the regulatory glycoprotein rBAT and the amino acid transporter b0,+AT, which constitute system b0,+, are linked to type I and non-type I cystinuria respectively and they exhibit distinct phenotypes due to protein trafficking defects or catalytic inactivation. Here, using electron cryo-microscopy and biochemistry, we discover that Ca2+ mediates higher-order assembly of system b0,+. Ca2+ stabilizes the interface between two rBAT molecules, leading to super-dimerization of b0,+AT-rBAT, which in turn facilitates N-glycan maturation and protein trafficking. A cystinuria mutant T216M and mutations of the Ca2+ site of rBAT cause the loss of higher-order assemblies, resulting in protein trapping at the ER and the loss of function. These results provide the molecular basis of system b0,+ biogenesis and type I cystinuria and serve as a guide to develop new therapeutic strategies against it. More broadly, our findings reveal an unprecedented link between transporter oligomeric assembly and protein-trafficking diseases.

    DOI: 10.1038/s41467-022-30293-9

    PubMed

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  • Cryo-EM structure of the human L-type amino acid transporter 1 in complex with glycoprotein CD98hc 査読 国際誌

    Yongchan Lee, Pattama Wiriyasermkul, Chunhuan Jin, Lili Quan, Ryuichi Ohgaki, Suguru Okuda, Tsukasa Kusakizako, Tomohiro Nishizawa, Kazumasa Oda, Ryuichiro Ishitani, Takeshi Yokoyama, Takanori Nakane, Mikako Shirouzu, Hitoshi Endou, Shushi Nagamori, Yoshikatsu Kanai, Osamu Nureki

    Nature Structural & Molecular Biology   26 ( 6 )   510 - 517   2019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)   出版者・発行元:Springer Science and Business Media LLC  

    The L-type amino acid transporter 1 (LAT1 or SLC7A5) transports large neutral amino acids across the membrane and is crucial for brain drug delivery and tumor growth. LAT1 forms a disulfide-linked heterodimer with CD98 heavy chain (CD98hc, 4F2hc or SLC3A2), but the mechanism of assembly and amino acid transport are poorly understood. Here we report the cryo-EM structure of the human LAT1-CD98hc heterodimer at 3.3-Å resolution. LAT1 features a canonical Leu T-fold and exhibits an unusual loop structure on transmembrane helix 6, creating an extended cavity that might accommodate bulky amino acids and drugs. CD98hc engages with LAT1 through the extracellular, transmembrane and putative cholesterol-mediated interactions. We also show that two anti-CD98 antibodies recognize distinct, multiple epitopes on CD98hc but not its glycans, explaining their robust reactivities. These results reveal the principles of glycoprotein-solute carrier assembly and provide templates for improving preclinical drugs and antibodies targeting LAT1 or CD98hc.

    DOI: 10.1038/s41594-019-0237-7

    PubMed

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    その他リンク: http://www.nature.com/articles/s41594-019-0237-7

  • Structure of the triose-phosphate/phosphate translocator reveals the basis of substrate specificity 査読 国際誌

    Yongchan Lee, Tomohiro Nishizawa, Mizuki Takemoto, Kaoru Kumazaki, Keitaro Yamashita, Kunio Hirata, Ayumi Minoda, Satoru Nagatoishi, Kouhei Tsumoto, Ryuichiro Ishitani, Osamu Nureki

    Nature Plants   3 ( 10 )   825 - 832   2017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:Springer Nature  

    The triose-phosphate/phosphate translocator (TPT) catalyses the strict 1:1 exchange of triose-phosphate, 3-phosphoglycerate and inorganic phosphate across the chloroplast envelope, and plays crucial roles in photosynthesis. Despite rigorous study for more than 40 years, the molecular mechanism of TPT is poorly understood because of the lack of structural information. Here we report crystal structures of TPT bound to two different substrates, 3-phosphoglycerate and inorganic phosphate, in occluded conformations. The structures reveal that TPT adopts a 10-transmembrane drug/metabolite transporter fold. Both substrates are bound within the same central pocket, where conserved lysine, arginine and tyrosine residues recognize the shared phosphate group. A structural comparison with the outward-open conformation of the bacterial drug/metabolite transporter suggests a rocker-switch motion of helix bundles, and molecular dynamics simulations support a model in which this rocker-switch motion is tightly coupled to the substrate binding, to ensure strict 1:1 exchange. These results reveal the unique mechanism of sugar phosphate/phosphate exchange by TPT.

    DOI: 10.1038/s41477-017-0022-8

    PubMed

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  • Structural basis for the facilitative diffusion mechanism by SemiSWEET transporter 査読 国際誌

    Yongchan Lee, Tomohiro Nishizawa, Keitaro Yamashita, Ryuichiro Ishitani, Osamu Nureki

    Nature Communications   6   6112 - 6112   2015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:Springer Nature  

    SWEET family proteins mediate sugar transport across biological membranes and play crucial roles in plants and animals. The SWEETs and their bacterial homologues, the SemiSWEETs, are related to the PQ-loop family, which is characterized by highly conserved proline and glutamine residues (PQ-loop motif). Although the structures of the bacterial SemiSWEETs were recently reported, the conformational transition and the significance of the conserved motif in the transport cycle have remained elusive. Here we report crystal structures of SemiSWEET from Escherichia coli, in the both inward-open and outward-open states. A structural comparison revealed that SemiSWEET undergoes an intramolecular conformational change in each protomer. The conserved PQ-loop motif serves as a molecular hinge that enables the 'binder clip-like' motion of SemiSWEET. The present work provides the framework for understanding the overall transport cycles of SWEET and PQ-loop family proteins.

    DOI: 10.1038/ncomms7112

    PubMed

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  • Membrane structure‐responsive lipid scramblase activity of the <scp>TMEM63</scp>/<scp>OSCA</scp> family

    Yugo Miyata, Megumi Nishimura, Aya Nagata, Xu Jing, Cheryl S. Sultan, Risa Kuribayashi, Katsuya Takahashi, Yongchan Lee, Tomohiro Nishizawa, Katsumori Segawa

    FEBS Letters   2024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:Wiley  

    Phospholipids are asymmetrically distributed in the plasma membrane (PM), and scramblases disrupt this asymmetry by shuffling phospholipids. We recently identified mouse Tmem63b as a membrane structure‐responsive scramblase. Tmem63b belongs to the TMEM63/OSCA family of ion channels; however, the conservation of the scramblase activity within this family remains unclear. We expressed human TMEM63 paralogs, TMEM63B orthologs, and plant OSCA1.1 in Tmem63b‐deficient mouse pro‐B cells and found that vertebrate TMEM63B orthologs exhibit scramblase activity at the PM. Previously, ten pathogenic human TMEM63B variants were identified, some of which exhibited constitutive scramblase activity. Upon expressing all variants, we found that nine variants displayed constitutive scramblase activity. These results suggest that membrane structure‐responsive scramblase activity at the PM is conserved among vertebrate TMEM63B orthologs.

    DOI: 10.1002/1873-3468.15084

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  • Membrane structure-responsive lipid scrambling by TMEM63B to control plasma membrane lipid distribution. 国際誌

    Yugo Miyata, Katsuya Takahashi, Yongchan Lee, Cheryl S Sultan, Risa Kuribayashi, Masatomo Takahashi, Kosuke Hata, Takeshi Bamba, Yoshihiro Izumi, Kehong Liu, Tomoko Uemura, Norimichi Nomura, So Iwata, Shigekazu Nagata, Tomohiro Nishizawa, Katsumori Segawa

    Nature structural & molecular biology   2024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)  

    Phospholipids are asymmetrically distributed in the plasma membrane (PM), with phosphatidylcholine and sphingomyelin abundant in the outer leaflet. However, the mechanisms by which their distribution is regulated remain unclear. Here, we show that transmembrane protein 63B (TMEM63B) functions as a membrane structure-responsive lipid scramblase localized at the PM and lysosomes, activating bidirectional lipid translocation upon changes in membrane curvature and thickness. TMEM63B contains two intracellular loops with palmitoylated cysteine residue clusters essential for its scrambling function. TMEM63B deficiency alters phosphatidylcholine and sphingomyelin distributions in the PM. Persons with heterozygous mutations in TMEM63B are known to develop neurodevelopmental disorders. We show that V44M, the most frequent substitution, confers constitutive scramblase activity on TMEM63B, disrupting PM phospholipid asymmetry. We determined the cryo-electron microscopy structures of TMEM63B in its open and closed conformations, uncovering a lipid translocation pathway formed in response to changes in the membrane environment. Together, our results identify TMEM63B as a membrane structure-responsive scramblase that controls PM lipid distribution and we reveal the molecular basis for lipid scrambling and its biological importance.

    DOI: 10.1038/s41594-024-01411-6

    PubMed

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  • The unique allosteric property of crocodilian haemoglobin elucidated by cryo-EM. 国際誌

    Katsuya Takahashi, Yongchan Lee, Angela Fago, Naim M Bautista, Jay F Storz, Akihiro Kawamoto, Genji Kurisu, Tomohiro Nishizawa, Jeremy R H Tame

    Nature communications   15 ( 1 )   6505 - 6505   2024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)  

    The principal effect controlling the oxygen affinity of vertebrate haemoglobins (Hbs) is the allosteric switch between R and T forms with relatively high and low oxygen affinity respectively. Uniquely among jawed vertebrates, crocodilians possess Hb that shows a profound drop in oxygen affinity in the presence of bicarbonate ions. This allows them to stay underwater for extended periods by consuming almost all the oxygen present in the blood-stream, as metabolism releases carbon dioxide, whose conversion to bicarbonate and hydrogen ions is catalysed by carbonic anhydrase. Despite the apparent universal utility of bicarbonate as an allosteric regulator of Hb, this property evolved only in crocodilians. We report here the molecular structures of both human and a crocodilian Hb in the deoxy and liganded states, solved by cryo-electron microscopy. We reveal the precise interactions between two bicarbonate ions and the crocodilian protein at symmetry-related sites found only in the T state. No other known effector of vertebrate Hbs binds anywhere near these sites.

    DOI: 10.1038/s41467-024-49947-x

    PubMed

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  • Cryo-EM structures elucidate the multiligand receptor nature of megalin. 国際誌

    Sawako Goto, Akihisa Tsutsumi, Yongchan Lee, Michihiro Hosojima, Hideyuki Kabasawa, Koichi Komochi, Satoru Nagatoishi, Kazuya Takemoto, Kouhei Tsumoto, Tomohiro Nishizawa, Masahide Kikkawa, Akihiko Saito

    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America   121 ( 22 )   e2318859121   2024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)  

    Megalin (low-density lipoprotein receptor-related protein 2) is a giant glycoprotein of about 600 kDa, mediating the endocytosis of more than 60 ligands, including those of proteins, peptides, and drug compounds [S. Goto, M. Hosojima, H. Kabasawa, A. Saito, Int. J. Biochem. Cell Biol. 157, 106393 (2023)]. It is expressed predominantly in renal proximal tubule epithelial cells, as well as in the brain, lungs, eyes, inner ear, thyroid gland, and placenta. Megalin is also known to mediate the endocytosis of toxic compounds, particularly those that cause renal and hearing disorders [Y. Hori et al., J. Am. Soc. Nephrol. 28, 1783-1791 (2017)]. Genetic megalin deficiency causes Donnai-Barrow syndrome/facio-oculo-acoustico-renal syndrome in humans. However, it is not known how megalin interacts with such a wide variety of ligands and plays pathological roles in various organs. In this study, we elucidated the dimeric architecture of megalin, purified from rat kidneys, using cryoelectron microscopy. The maps revealed the densities of endogenous ligands bound to various regions throughout the dimer, elucidating the multiligand receptor nature of megalin. We also determined the structure of megalin in complex with receptor-associated protein, a molecular chaperone for megalin. The results will facilitate further studies on the pathophysiology of megalin-dependent multiligand endocytic pathways in multiple organs and will also be useful for the development of megalin-targeted drugs for renal and hearing disorders, Alzheimer's disease [B. V. Zlokovic et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 93, 4229-4234 (1996)], and other illnesses.

    DOI: 10.1073/pnas.2318859121

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  • Time-resolved serial femtosecond crystallography reveals early structural changes in channelrhodopsin. 国際誌

    Kazumasa Oda, Takashi Nomura, Takanori Nakane, Keitaro Yamashita, Keiichi Inoue, Shota Ito, Johannes Vierock, Kunio Hirata, Andrés D Maturana, Kota Katayama, Tatsuya Ikuta, Itsuki Ishigami, Tamaki Izume, Rie Umeda, Ryuun Eguma, Satomi Oishi, Go Kasuya, Takafumi Kato, Tsukasa Kusakizako, Wataru Shihoya, Hiroto Shimada, Tomoyuki Takatsuji, Mizuki Takemoto, Reiya Taniguchi, Atsuhiro Tomita, Ryoki Nakamura, Masahiro Fukuda, Hirotake Miyauchi, Yongchan Lee, Eriko Nango, Rie Tanaka, Tomoyuki Tanaka, Michihiro Sugahara, Tetsunari Kimura, Tatsuro Shimamura, Takaaki Fujiwara, Yasuaki Yamanaka, Shigeki Owada, Yasumasa Joti, Kensuke Tono, Ryuichiro Ishitani, Shigehiko Hayashi, Hideki Kandori, Peter Hegemann, So Iwata, Minoru Kubo, Tomohiro Nishizawa, Osamu Nureki

    eLife   10   2021年3月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    Channelrhodopsins (ChRs) are microbial light-gated ion channels utilized in optogenetics to control neural activity with light . Light absorption causes retinal chromophore isomerization and subsequent protein conformational changes visualized as optically distinguished intermediates, coupled with channel opening and closing. However, the detailed molecular events underlying channel gating remain unknown. We performed time-resolved serial femtosecond crystallographic analyses of ChR by using an X-ray free electron laser, which revealed conformational changes following photoactivation. The isomerized retinal adopts a twisted conformation and shifts toward the putative internal proton donor residues, consequently inducing an outward shift of TM3, as well as a local deformation in TM7. These early conformational changes in the pore-forming helices should be the triggers that lead to opening of the ion conducting pore.

    DOI: 10.7554/eLife.62389

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  • Consensus mutagenesis approach improves the thermal stability of system x c ‐ transporter, xCT , and enables cryo‐EM analyses 査読

    Kazumasa Oda, Yongchan Lee, Pattama Wiriyasermkul, Yoko Tanaka, Mizuki Takemoto, Keitaro Yamashita, Shushi Nagamori, Tomohiro Nishizawa, Osamu Nureki

    Protein Science   29 ( 12 )   2398 - 2407   2020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:Wiley  

    DOI: 10.1002/pro.3966

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    その他リンク: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full-xml/10.1002/pro.3966

  • Free Energy Landscape for the Entire Transport Cycle of Triose-Phosphate/Phosphate Translocator 査読 国際誌

    Mizuki Takemoto, Yongchan Lee, Ryuichiro Ishitani, Osamu Nureki

    Structure   26 ( 9 )   1284 - 1296.e4   2018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:Elsevier BV  

    Secondary active transporters translocate their substrates using the electrochemical potentials of other chemicals and undergo large-scale conformational changes. Despite extensive structural studies, the atomic details of the transport mechanism still remain elusive. We performed a series of all-atom molecular dynamics simulations of the triose-phosphate/phosphate translocator (TPT), which exports organic phosphates in the chloroplast stroma in strict counter exchange with inorganic phosphate (Pi). Biased sampling methods, including the string method and umbrella sampling, successfully reproduced the conformational changes between the inward- and outward-facing states, along with the substrate binding. The free energy landscape of this entire TPT transition pathway demonstrated the alternating access and substrate translocation mechanisms, which revealed that Pi is relayed by positively charged residues along the transition pathway. Furthermore, the conserved Glu207 functions as a "molecular switch", linking the local substrate binding and the global conformational transition. Our results provide atomic-detailed insights into the substrate transport mechanism of the antiporter.

    DOI: 10.1016/j.str.2018.05.012

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  • プロテオリポソームを用いたリン酸輸送体の活性測定 査読

    李勇燦

    蛋白質科学会アーカイブ   11   e087   2018年2月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(研究会,シンポジウム資料等)  

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受賞

  • 風戸研究奨励賞

    2021年4月   公益財団法人 風戸研究奨励会   クライオ電子顕微鏡によるアミノ酸輸送体の構造薬学的研究

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  • Long-Term Fellowship

    2019年1月   Human Frontier Science Program   Resolving the structures and mechanisms of heteromeric amino acid transporter by phase-plate cryo-EM

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  • 長期研究助成【二年助成】

    2018年6月   東洋紡バイオテクノロジー財団   クライオ電子顕微鏡を用いたアミノ酸輸送体の構造研究

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  • 若手奨励賞優秀賞

    2017年6月   日本蛋白質科学会   Crystallographic analysis of the triose-phosphate/phosphate translocator in complex with two counter-substrates

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  • 研究奨励賞(修士)

    2015年3月   東京大学  

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共同研究・競争的資金等の研究課題

  • クライオ電子顕微鏡による膜輸送タンパク質の動的構造解析と機能制御

    研究課題/領域番号:24H02264  2024年4月 - 2029年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  学術変革領域研究(A)

    西澤 知宏, 李 勇燦

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    配分額:91910000円 ( 直接経費:70700000円 、 間接経費:21210000円 )

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  • 尿酸輸送体における基質認識の構造基盤の解明

    研究課題/領域番号:24K18064  2024年4月 - 2027年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究

    李 勇燦

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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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  • 高等真核生物のアミノ酸ハーモニーを司る交換輸送メカニズムの解析

    研究課題/領域番号:22K06150  2022年4月 - 2025年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    Wiriyasermkul Pattama, 李 勇燦

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

    ヘテロ二量体アミノ酸トランスポーター (Heterodimeric amino acid transporters: HATs) は、哺乳類の数多くの細胞活動において重要な役割を果たすアミノ酸トランスポーターのファミリーである。HATsのトランスポーターメンバーは抗輸送体として機能し、数種類のアミノ酸を認識するため、HATはハーモニーのための主要なアミノ酸トランスポーターファミリーとなっている。HATの交換特性を理解するために、代表者らはrBAT-b0,+ATヘテロ二量体複合体の構造と機能を解明した。rBAT-b0,+ATは腎臓でシスチンと陽イオン性アミノ酸を再吸収する機能を持つ。rBATまたはb0,+ATのいずれかに変異があると、シスチン尿症と呼ばれる腎臓病になる。代表者らはrBAT-b0,+ATの野生型と変異型の両方の構造を低温電子顕微鏡によって高分解能で解明することに成功し、原子レベルでの構造解析が可能になった。代表者らは、rBAT-b0,+ATの野生型と変異型の両方の構造を低温電子顕微鏡法によって高分解能で解明することに成功し、原子レベルでの構造解析が可能になった。野生型複合体の構造は、基質結合のない内向きのコンフォメーションを示した。一方、変異体の構造は、野生型とは異なる位置にあるいくつかの残基を示した。これらの残基は基質輸送に重要であり、シスチン尿症におけるrBAT-b0,+AT欠損の発症メカニズムに関与していることが示唆された。このような残基の重要性を検証するため、我々はさらに変異体を構築し、その基質結合および輸送特性を評価した。これらのすべての結果は、HATのタンパ ク質構造と交換輸送機構の関係を説明する鍵になるものである。

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  • 物質吸収を担う刷子縁膜の高次構造動態とその破綻メカニズムの解明

    2021年10月 - 2025年3月

    国立研究開発法人科学技術振興機構  戦略的創造研究推進事業  戦略的創造研究推進事業(さきがけ)「細胞の動的高次構造体」領域

    李勇燦

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    担当区分:研究代表者 

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  • 脂質環境下におけるL型アミノ酸輸送体の構造と機能の解明

    研究課題/領域番号:21K15031  2021年4月 - 2024年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 若手研究  若手研究

    李 勇燦

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

    L型アミノ酸輸送体(LAT)は、LAT1とCD98hcからなるヘテロ二量体型アミノ酸輸送体に属し、抗がん剤や脳への薬物送達の重要な標的とされている。本研究は、クライオ電子顕微鏡を用いた、脂質環境下でのLAT1の構造解析とその薬物認識機構の理解を目的としている。LAT1の構造解析に向けて、哺乳類細胞を用いた発現系を構築した。輸送体を構成するサブユニットであるLAT1、CD98hcそれぞれをコードしたバキュロウィルスの共発現によって、L型アミノ酸輸送体を高収量で得ることができた。発現量および精製プロトコルの改善によって、高純度のLAT1-CD98hc試料を精製することができた。これをナノディスクに再構成し、予備的な電子顕微鏡像を得ることで、品質の高い試料が得られていることを確認した。
    並行して、バインダーのスクリーニングを行った。分子量の小さいタンパク質をコードする合成ライブラリから得られたクローンをスクリーニングすることで、LAT1の膜ドメイン、あるいはCD98hcの細胞外ドメインに結合するバインダーの選定を行った。現在までに、高親和性で結合するバインダーを選定できている。
    さらに、LAT1のホモログであるSLC7ファミリータンパク質に関しても、試料調製系の構築を行った。その結果、LAT2やy+LAT1に関しては、ナノディスクに再構成した試料を得て、クライオ電子顕微鏡を用いた測定を行った。b0,+ATに関しては、試料調製系を検討した結果、界面活性剤下での構造解析を進めることとした。現在までに、クライオ電子顕微鏡を用いた構造解析によって、原子モデルを構築できる分解能のマップが得られている。

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  • 植物の栄養分配に関わる膜輸送体タンパク質の構造機能解析

    研究課題/領域番号:16J07405  2016年4月 - 2018年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業 特別研究員奨励費  特別研究員奨励費

    李 勇燦

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    配分額:1700000円 ( 直接経費:1700000円 )

    TPTの高分解能での構造解析を目指し、結晶化条件の改善を試みた。まずは、昨年度に結晶が得られた高熱性紅藻類由来のTPTタンパク質に関して、基質との共結晶化スクリーニングを行うことにより、リン酸、あるいは3-ホスホグリセリン酸の存在下で良質な共結晶を得た。次に、これらの結晶を最適化し、放射光施設においてX線回折実験を行うことで、高分解能の回折像を得ることに成功した。これらのデータに関して、階層的クラスタリングを用いたデータ処理と、分子置換法を用いた位相決定を行うことにより、それぞれ分解能2.1 A、2.2 Aでの構造決定に成功した。決定した構造から、基質の結合並びに輸送に関わる残基を特定し、それらの残基に関する変異体を、リポソームを用いた基質輸送アッセイにより解析した。その結果、基質結合部位に存在する正電荷を帯びたアミノ酸残基が基質の結合と輸送に重要であることを見出した。この結果に基づき、負の電荷を帯びた基質と正の電荷を帯びたアミノ酸残基との静電的相互作用によって、輸送体の構造変化が引き起こされるというモデルを立案した。このモデルを検証するため、分子動力学シミュレーションにより、TPTタンパク質の脂質二重膜中での挙動を解析した。分子動力学シミュレーションの結果、基質の結合に依存した構造変化が見受けられ、静電的相互作用に基づくコンフォメーション変化のモデルが裏付けられた。これらの結果から、TPTによる交換輸送機構に関するモデルを提唱した。

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