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心臓生理機能部

(D) 循環器疾患関連タンパク質の構造生理学的研究

X線結晶解析を主な手法として循環器疾患関連タンパク質の構造解析を行い、原子分解能での分子の立体構造から生理機能の理解と病態の解明、将来の創薬を目指した研究を行なっています。

1) 心筋収縮調節タンパク質の研究

肥大型心筋症は心室の肥大と拡張障害を主徴とし、若年者の突然死の主原因となっている難病です。この病気において、近年原因遺伝子の解析からミオシンやトロポニン等の筋節(サルコメア)を構成するタンパク質の遺伝子変異が報告されています。また、根本治療には心臓移植が必要な拡張型心筋症においても同様に先天的なサルコメアタンパク質の遺伝子変異が報告されています。これらの遺伝子変異によって心筋収縮のカルシウム応答性が変化していることが分かってきていますが、筋収縮機構とそのカルシウム調節機構そのものの詳細がまだ分かっていないため、サルコメア構成タンパク質の異常がどのようにこれらの疾患に結びつくかは不明です。

本研究グループでは心筋収縮のカルシウム調節機構の要であるトロポニン・トロポミオシン分子に着目し、その高分解能での立体構造の解析を進めています。これまでに、トロポニン中核ドメインの構造決定に世界に先駆けて成功しましたが、現在はトロポミオシンを含む全体複合体の構造解析や、心筋症で見つかったトロポニン遺伝子変異に由来するタンパク質分子の機能および立体構造上の変化を明らかにする研究を進めています。これらの研究により、心筋収縮調節の分子機構の解明、遺伝子変異と心筋症病態との関係および発症機構の理解を目指しています。

2) ADAM/ADAMTSファミリータンパク質の研究

ADAM (a disintegrin and metalloproteinase) ファミリータンパク質は炎症性サイトカインであるTNF-aをはじめ各種増殖因子やサイトカインの前駆体タンパク質などを切断して活性型の因子を放出する生体の恒常性維持に重要な酵素(プロテアーゼ)です。ADAMの一つADAM19が発生段階において心臓や血管の形態形成に大きく関与すること、またADAM12に特異的な阻害剤が心肥大の有効な治療薬となる可能性があること、などが報告されています。類縁のADAMTS (ADAM with trombospondin type-1 motif) ファミリータンパク質の一つADAMTS13は血小板血栓形成に重要な働きをしています。先天的あるいは後天的なADAMTS13分子の活性低下は重篤な血栓性血小板減少性紫斑病(TTP)を引き起こすことが知られています。近年、ADAM/ADAMTSファミリータンパク質は循環器領域に限らず、がん、アルツハイマー病、リウマチ性疾患、喘息など、さまざまな病気に関与することがわかってきています。

本研究グループでは蛇毒由来のADAMホモログタンパク質の構造とヒトADAMTS13の部分構造の決定により、ヒトを含む哺乳動物にも共通のADAM/ADAMTSファミリータンパク質の基本立体構造を世界で初めて明らかにしてきました。これら分子の立体構造の解明は基本的な生命現象と病態の理解のみならず、構造に基づく創薬への足がかりとしても重要と考え、さらに研究を進めています。

3) 血栓形成やその他循環器疾患に関わるタンパク質の研究

血栓形成に関わる分子群や蛇毒等由来の外来性の血栓形成制御因子、その他の循環器疾患に関係したタンパク質群の立体構造解析も進めています。これらの研究から、脳梗塞や心筋梗塞の原因となる血栓症の発症機構の理解および予防と治療、さまざまな循環器疾患の分子レベルでの病態の理解と新しい治療法の開発、に繋げていきたいと考えています。

図1

図1 (A)大腸菌発現タンパク質標品より得られたトロポニン・トロポミオシン複合体結晶の写真。(B)蛇毒VAP1の結晶構造解析から明らかになったADAMプロテーゼの基本立体構造。


関連成果等

  1. 武田壮一「プロトロンビナーゼ複合体の立体構造とトロンビン産生の構造基盤」 血栓止血誌 (in press)
  2. Takeda S. “ADAM and ADAMTS family proteins and snake venom metalloproteinases: a structural overview (Review article) ” Toxins, 8(5), 155 (2016)
  3. Matsuo T, Takeda S, Oda T, Fujiwara S “Structures of the Troponin Core Domain Containing the Cardiomyopathy-Causing Mutants Studied by Small-Angle X-ray Scattering” Biophys. Physicobiol. 12, 145-158 (2015)
  4. 武田壮一「蛇毒メタロプロテアーゼ」 日本の結晶学(II)-その輝かしい発展- (日本結晶学会編), 374, (2014)
  5. Takeda S. “Structure-function relationship of the modular domains of the P-III class snake venom metalloproteinases (SVMPs) (Book chapter) ” In Handbook of Toxinology, Venom Genomics and Proteomics (Gopalakrishnakone P. (ed.)), SpringerReference, Springer, 1-22, (2014)
  6. 秋山正志、武田壮一、宮田敏行「東アジア人特有のP475S変異を持つADAMTS13の立体構造と機能解析」 血栓止血誌,24(6): 613-618, (2013)
  7. Akiyama M, Nakayama D, Takeda S, Kokame K, Takagi J, Miyata T. “Crystal structure of an ADAMTS13 mutant with the East Asian-specific P475S polymorphism” J. Thromb. Haemost. 11: 1399-1406 (2013)
  8. 武田壮一「ADAM/ADAMTSファミリープロテアーゼの構造と機能」 臨床検査、57(5), 535-540, (2013)
  9. Takeda S “Russellysin (Book chapter) ” In The 3rd edition of Handbook of Proteolytic Enzymes (Rawlings, N. and Salvesen, G. (ed.)), Elsevier, 1051-1053, (2013)
  10. Takeda S, Takeya H, Iwanaga S “Snake venom metalloproteinases: structure, function and relevance to the mammalian ADAM/ADAMTS family proteins (Review article) ” Biochim Biophys Acta: Proteins and Proteomics 1824: 164-176, (2012)
  11. Kang TS, Georgieva D, Genov N, Murakami MT, Sinha M, Kumar RP, Kaur P, Kumar S, Dey S, Sharma S, Vrielink A, Betzel C, Takeda S, Arni RK, Singh TP, Kini RM. “Enzymatic Toxins from Snake Venom: Structural Characterization and Mechanism of Catalysis (Review article) ” FEBS J, 278, 4544-4576, (2011)
  12. 若林繁夫、武田壮一、久光隆 「膜輸送体結合タンパク質の同定と複合体の構造解析」 トランスポートソームの世界~膜輸送研究の源流から未来へ~(金井好克、竹島浩、森泰生、久保義弘編) 414-419, 京都廣川書店, (2011)
  13. Nakayama D, Ben Ammar Y, Miyata T, Takeda S. “Structural basis of coagulation factor V recognition for cleavage by RVV-V” FEBS Lett, 585: 3020-3025 (2011)
  14. Takeda S. “Structural aspects of the factor X activator RVV-X from Russell's viper venom (Book chapter) ” In Toxins and Hemostasis: From Bench to Bedside (Kini, RM, McLane, MA, Clemetson, K, Markland, FS and Morita, T (eds.)), 465-484., Springer+Business Media, (2010)
  15. Takeda S. “VAP1: snake venom homolog of mammalian ADAMs (Book chapter) ” In Handbook of Metalloproteins (Messerschmidt, A (ed.)), Vol.5, 699-713, John Wiley & Sons, Inc., (2010)
  16. 秋山正志、武田壮一、小亀浩市、高木淳一、宮田敏行 「VWF切断酵素ADAMTS13のエキソサイト認識機構」 生化学, 82(10), 950-956 (2010)
  17. Takeda S. “Three-dimensional domain architecture of the ADAM family proteinases (Review article) ” Semin Cell Dev Biol, 20, 146-152, (2009)
  18. Nakayama D, Ben Ammar, Takeda S. “Crystallization and preliminary X-ray crystallographic analysis of the blood coagulation factor V-activating proteinase (RVV-V) from Russell's viper venom” Acta Cryst: F65, 1306-1308, (2009)
  19. Akiyama, M, Takeda S, Kokame, K, Takagi, J, Miyata, T. “Crystal structures of the non-catalytic domains of ADAMTS13 reveal multiple discontinuous exosites for von Willebrand factor” Proc Natl Acad Sci USA., 106: 19274-19279, (2009)
  20. Akiyama M, Takeda S, Kokame K, Takagi J, Miyata T. “Production, crystallization and preliminary X-ray crystallographic analysis of an exosite-containing fragment of human von Willebrand factor-cleaving proteinase ADAMTS13” Acta Cryst., F65: 739-742, (2009)
  21. 武田壮一「ADAMファミリー蛋白質の立体構造と作用機構」 特集・膜蛋白質の切断とその制御 蛋白質核酸酵素 54(13)1754-1759, (2009)
  22. 武田壮一「蛇毒メタロプロテアーゼの立体構造とラッセルクサリヘビ毒素によるX因子活性化機構」 血栓止血学会誌 20(3)、307-314, (2009)
  23. 荒木聡彦、五十嵐智子、武田壮一「血管の破壊毒素:明らかになったADAM型細胞表面プロテアーゼの結晶構造」 表面 46(4), 24-33, (2008)
  24. Takeda S, Igarashi T, Mori H. “Crystal structures of RVV-X: evolutionary gain of specificity by ADAM family proteinases" FEBS Lett, 581: 5859-64, (2007)
  25. Igarashi T, Araki S, Mori H, Takeda S. “Crystal structures of catrocollastatin/VAP2B reveal a dynamic, modular architecture of ADAM/adamalysin/reprolysin family proteins” FEBS Lett, 581, 2416-22, (2007)
  26. 武田壮一「ADAMファミリータンパク質のドメイン構造」 生化学 79(11), 1051-1055, (2007)
  27. 武田壮一「蛇毒メタロプロテアーゼの結晶構造とADAMファミリーの基質認識機構」 日本結晶学会誌 49, 192-197, (2007)
  28. Takeda S. “Preparation of protein crystals for X-ray structural study (Book chapter) ” Methods Mol Med: Cardiovascular Disease, 129:291-303, (2006)
  29. Takeda S, Igarashi T, Mori H, Araki S. “Crystal structures of VAP1 reveal ADAMs' MDC domain architecture and its unique C-shaped scaffold” EMBO J, 25(11): 2388-2396, (2006)
  30. Masuda M, Takeda S, Sone M, Ohki T, Mori H, Kamioka Y, Mochizuki N “Endophilin BAR domain drives membrane curvature by two newly identified structure-based mechanisms” EMBO J, 25(12): 2889-2897, (2006)
  31. Igarashi T, Oishi Y, Araki S, Mori H, Takeda S “Crystallization and preliminary X-ray crystallographic analysis of two vascular apoptosis-inducing proteins (VAPs) from Crotalus atrox venom” Acta Cryst, F62: 688-691, (2006)
  32. Ben Ammar Y, Takeda S, Hisamitsu T, Mori H, Wakabayashi S. “Crystal structure of CHP2 complexed with NHE1-cytosolic region and an implication for pH regulation” EMBO J, 25(11): 2315-2325, (2006)
  33. Ben Ammar Y, Takeda S, Sugawara M, Miyano M, Mori H, Wakabayashi S. “Crystallization and preliminary crystallographic analysis of the human calcineurin homologous protein CHP2 bound to the cytoplasmic region of the Na+/H+ exchanger NHE1” Acta Cryst, F61: 956-958, (2005)
  34. Takeda S. “Crystal structure of troponin and the molecular mechanism of muscle regulation” J Electron Microsc, 54(suppl_1): i35-i41, (2005)
  35. Takeda S. “Structure of the core domain of human cardiac troponin in the Ca2+-saturated form” SPring-8 Research Frontier 2003, 12-13. (2004)
  36. 武田壮一「筋収縮・弛緩を調節するタンパク質トロポニンの結晶構造」 Bio Medical Quick Review Net (Medical Do Co., Ltd) No.008, (2004)
  37. 武田壮一、前田雄一郎 「ヒト心筋トロポニンの結晶構造」 SPring-8利用者情報 Vol.8(5), 348-353, (2003)
  38. 武田壮一、前田雄一郎 「トロポニンの結晶構造と筋収縮調節機構」 生化学 75(12), 1540-1545, (2003)
  39. 前田雄一郎、武田壮一、森本幸生、大槻磐男 「トロポニンの結晶構造とカルシウム調節のメカニズム」蛋白質核酸酵素、48(14)、1877-1889, (2003)
  40. Takeda S, Yamashita A, Maeda K, Maeda Y. “Structure of the core domain of human cardiac troponin in the Ca2+-saturated form” Nature, 424(6944): 35-41, (2003)

最終更新日 2016年07月01日

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