第3世代in-cell NMR測定技術の確立による天然変性蛋白質の細胞内動態解析
計画研究の概要
生きたヒト培養細胞中の蛋白質の立体構造、ダイナミクス、化学反応をリアルタイムかつ原子分解能で解析できるin-cell NMRの手法の研究を行い、「細胞の至適条件下での経時的な解析」を行いつつ、疾病の背景を持つ細胞、幹細胞、初代培養細胞などを用いた解析を可能にするような、革新的な第3世代in-cell NMR解析を確立する。
また、この測定技術を、酸化ストレス防御機構に重要な環境応答型転写因子Nrf2とその制御因子Keap1の系、をはじめとした天然変性領域（IDR）を持つ蛋白質に適用する。HeLa細胞に加えて疾病を背景に持つ様々な細胞中での蛋白質動態を明らかにすることで、IDRの分子構造レベルの知見と、細胞生物学的知見、個体レベルの疾病等に係る知見を統合することを目指す。
本研究提案の成果は、リアルタイムで生きた状態でのクロススケール細胞計測を可能にし、単離・精製した試料を用いている研究者と、細胞生物学や疾病機序の解明を目指す研究者を、単に「知見を統合」するだけでなく、実験的に統合できると考える。
主な研究業績
- Masaomi Ikari, Hiromasa Yagi, Takuma Kasai, Kohsuke Inomata, Masahiro Ito, Kae Higuchi, Natsuko Matsuda, Yutaka Ito, Takanori Kigawa. Direct Observation of Membrane-Associated H-Ras in the Native Cellular Environment by In-Cell 19F-NMR Spectroscopy. JACS Au 3, 1658-1669 (2023).
- Takashi Tanaka, Teppei Ikeya, Hajime Kamoshida, Yusuke Suemoto, Masaki Mishima, Masahiro Shirakawa, Peter Güntert, Yutaka Ito. High-Resolution Protein 3D Structure Determination in Living Eukaryotic Cells. Angew. Chem. Int. Ed. 58, 7284-7288 (2019).
- Jumpei Hamatsu Daniel O’Donovan, Takashi Tanaka, Takahiro Shirai, Yuichiro Hourai, Tsutomu Mikawa, Teppei Ikeya, Masaki Mishima, Wayne Boucher, Brian O. Smith, Ernest D. Laue, Masahiro Shirakawa, Yutaka Ito. High-resolution heteronuclear multidimensional NMR of proteins in living insect cells using a baculovirus protein expression system. J. Am. Chem. Soc. 135, 1688-1691 (2013).
- Daisuke Sakakibara, Atsuko Sasaki, Teppei Ikeya, Junpei Hamatsu, Tomomi Hanashima, Masaki Mishima, Masatoshi Yoshimasu, Nobuhiro Hayashi, Tsutomu Mikawa, Markus Wälchli, Brian O. Smith, Masahiro Shirakawa, Peter Güntert, Yutaka Ito. Protein structure determination in living cells by in-cell NMR spectroscopy. Nature 458, 102-105 (2009).