2024/03/11 更新

写真a

オオシマ アツノリ
大嶋 篤典
OSHIMA Atsunori
所属
細胞生理学研究センター 基礎生物学研究部門 教授
大学院担当
大学院創薬科学研究科
職名
教授
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メールアドレス
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学位 1

  1. 博士(理学) ( 2003年3月   京都大学 ) 

研究分野 3

  1. ライフサイエンス / 構造生物化学

  2. ライフサイエンス / 生物物理学

  3. ライフサイエンス / 分子生物学

 

論文 35

  1. Structures of human pannexin-1 in nanodiscs reveal gating mediated by dynamic movement of the N terminus and phospholipids 査読有り 国際共著

    Kuzuya Maki, Hirano Hidemi, Hayashida Kenichi, Watanabe Masakatsu, Kobayashi Kazumi, Terada Tohru, Mahmood Md Iqbal, Tama Florence, Tani Kazutoshi, Fujiyoshi Yoshinori, Oshima Atsunori

    SCIENCE SIGNALING   15 巻 ( 720 ) 頁: eabg6941   2022年2月

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    担当区分:最終著者, 責任著者   記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1126/scisignal.abg6941

    Web of Science

  2. Cryo-EM structures of undocked innexin-6 hemichannels in phospholipids 査読有り

    Batuujin Burendei, Ruriko Shinozaki, Masakatsu Watanabe, Tohru Terada, Kazutoshi Tani, Yoshinori Fujiyoshi, and Atsunori Oshima

    Science Advances   6 巻 ( 7 ) 頁: eaax3157   2020年2月

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    担当区分:最終著者, 責任著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1126/sciadv.aax3157

  3. Atomic structure of the innexin-6 gap junction channel determined by cryo-EM 査読有り

    Oshima, A., Tani, K. and Fujiyoshi, Y.

    Nature communications   7 巻   頁: 13681   2016年12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)  

    DOI: 10.1038/ncomms13681

  4. Structural basis of hydroxycarboxylic acid receptor signaling mechanisms through ligand binding

    Suzuki S., Tanaka K., Nishikawa K., Suzuki H., Oshima A., Fujiyoshi Y.

    Nature Communications   14 巻 ( 1 ) 頁: 5899   2023年12月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Nature Communications  

    Hydroxycarboxylic acid receptors (HCA) are expressed in various tissues and immune cells. HCA2 and its agonist are thus important targets for treating inflammatory and metabolic disorders. Only limited information is available, however, on the active-state binding of HCAs with agonists. Here, we present cryo-EM structures of human HCA2-Gi and HCA3-Gi signaling complexes binding with multiple compounds bound. Agonists were revealed to form a salt bridge with arginine, which is conserved in the HCA family, to activate these receptors. Extracellular regions of the receptors form a lid-like structure that covers the ligand-binding pocket. Although transmembrane (TM) 6 in HCAs undergoes dynamic conformational changes, ligands do not directly interact with amino acids in TM6, suggesting that indirect signaling induces a slight shift in TM6 to activate Gi proteins. Structural analyses of agonist-bound HCA2 and HCA3 together with mutagenesis and molecular dynamics simulation provide molecular insights into HCA ligand recognition and activation mechanisms.

    DOI: 10.1038/s41467-023-41650-7

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  5. The structural basis of divalent cation block in a tetrameric prokaryotic sodium channel

    Irie, K; Oda, Y; Sumikama, T; Oshima, A; Fujiyoshi, Y

    NATURE COMMUNICATIONS   14 巻 ( 1 ) 頁: 4236   2023年7月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Nature Communications  

    Divalent cation block is observed in various tetrameric ion channels. For blocking, a divalent cation is thought to bind in the ion pathway of the channel, but such block has not yet been directly observed. So, the behaviour of these blocking divalent cations remains still uncertain. Here, we elucidated the mechanism of the divalent cation block by reproducing the blocking effect into NavAb, a well-studied tetrameric sodium channel. Our crystal structures of NavAb mutants show that the mutations increasing the hydrophilicity of the inner vestibule of the pore domain enable a divalent cation to stack on the ion pathway. Furthermore, non-equilibrium molecular dynamics simulation showed that the stacking calcium ion repel sodium ion at the bottom of the selectivity filter. These results suggest the primary process of the divalent cation block mechanism in tetrameric cation channels.

    DOI: 10.1038/s41467-023-39987-0

    Web of Science

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  6. Recognition Mechanism of a Novel Gabapentinoid Drug, Mirogabalin, for Recombinant Human a2d1, a Voltage-Gated Calcium Channel Subunit

    Kozai, D; Numoto, N; Nishikawa, K; Kamegawa, A; Kawasaki, S; Hiroaki, Y; Irie, K; Oshima, A; Hanzawa, H; Shimada, K; Kitano, Y; Fujiyoshi, Y

    JOURNAL OF MOLECULAR BIOLOGY   435 巻 ( 10 ) 頁: 168049   2023年5月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Journal of Molecular Biology  

    Mirogabalin is a novel gabapentinoid drug with a hydrophobic bicyclo substituent on the γ-aminobutyric acid moiety that targets the voltage-gated calcium channel subunit α2δ1. Here, to reveal the mirogabalin recognition mechanisms of α2δ1, we present structures of recombinant human α2δ1 with and without mirogabalin analyzed by cryo-electron microscopy. These structures show the binding of mirogabalin to the previously reported gabapentinoid binding site, which is the extracellular dCache_1 domain containing a conserved amino acid binding motif. A slight conformational change occurs around the residues positioned close to the hydrophobic group of mirogabalin. Mutagenesis binding assays identified that residues in the hydrophobic interaction region, in addition to several amino acid binding motif residues around the amino and carboxyl groups of mirogabalin, are critical for mirogabalin binding. The A215L mutation introduced to decrease the hydrophobic pocket volume predictably suppressed mirogabalin binding and promoted the binding of another ligand, L-Leu, with a smaller hydrophobic substituent than mirogabalin. Alterations of residues in the hydrophobic interaction region of α2δ1 to those of the α2δ2, α2δ3, and α2δ4 isoforms, of which α2δ3 and α2δ4 are gabapentin-insensitive, suppressed the binding of mirogabalin. These results support the importance of hydrophobic interactions in α2δ1 ligand recognition.

    DOI: 10.1016/j.jmb.2023.168049

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  7. Structure and function of H<SUP>+</SUP>/K<SUP>+</SUP> pump mutants reveal Na<SUP>+</SUP>/K<SUP>+</SUP> pump mechanisms

    Young, VC; Nakanishi, H; Meyer, DJ; Nishizawa, T; Oshima, A; Artigas, P; Abe, K

    NATURE COMMUNICATIONS   13 巻 ( 1 ) 頁: 5270   2022年9月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Nature Communications  

    Ion-transport mechanisms evolve by changing ion-selectivity, such as switching from Na+ to H+ selectivity in secondary-active transporters or P-type-ATPases. Here we study primary-active transport via P-type ATPases using functional and structural analyses to demonstrate that four simultaneous residue substitutions transform the non-gastric H+/K+ pump, a strict H+-dependent electroneutral P-type ATPase, into a bona fide Na+-dependent electrogenic Na+/K+ pump. Conversion of a H+-dependent primary-active transporter into a Na+-dependent one provides a prototype for similar studies of ion-transport proteins. Moreover, we solve the structures of the wild-type non-gastric H+/K+ pump, a suitable drug target to treat cystic fibrosis, and of its Na+/K+ pump-mimicking mutant in two major conformations, providing insight on how Na+ binding drives a concerted mechanism leading to Na+/K+ pump phosphorylation.

    DOI: 10.1038/s41467-022-32793-0

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  8. Structural insight into the activation mechanism of MrgD with heterotrimeric Gi-protein revealed by cryo-EM

    Suzuki, S; Iida, M; Hiroaki, Y; Tanaka, K; Kawamoto, A; Kato, T; Oshima, A

    COMMUNICATIONS BIOLOGY   5 巻 ( 1 ) 頁: 707   2022年7月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Communications Biology  

    MrgD, a member of the Mas-related G protein-coupled receptor (MRGPR) family, has high basal activity for Gi activation. It recognizes endogenous ligands, such as β-alanine, and is involved in pain and itch signaling. The lack of a high-resolution structure for MrgD hinders our understanding of whether its activation is ligand-dependent or constitutive. Here, we report two cryo-EM structures of the MrgD-Gi complex in the β-alanine-bound and apo states at 3.1 Å and 2.8 Å resolution, respectively. These structures show that β-alanine is bound to a shallow pocket at the extracellular domains. The extracellular half of the sixth transmembrane helix undergoes a significant movement and is tightly packed into the third transmembrane helix through hydrophobic residues, creating the active form. Our structures demonstrate a structural basis for the characteristic ligand recognition of MrgD. These findings provide a framework to guide drug designs targeting the MrgD receptor.

    DOI: 10.1038/s42003-022-03668-3

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  9. Structural Basis for Binding of Potassium-Competitive Acid Blockers to the Gastric Proton Pump

    Tanaka, S; Morita, M; Yamagishi, T; Madapally, HV; Hayashida, K; Khandelia, H; Gerle, C; Shigematsu, H; Oshima, A; Abe, K

    JOURNAL OF MEDICINAL CHEMISTRY   65 巻 ( 11 ) 頁: 7843 - 7853   2022年6月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Journal of Medicinal Chemistry  

    As specific inhibitors of the gastric proton pump, responsible for gastric acidification, K+-competitive acid blockers (P-CABs) have recently been utilized in the clinical treatment of gastric acid-related diseases in Asia. However, as these compounds have been developed based on phenotypic screening, their detailed binding poses are unknown. We show crystal and cryo-EM structures of the gastric proton pump in complex with four different P-CABs, tegoprazan, soraprazan, PF-03716556 and revaprazan, at resolutions reaching 2.8 Å. The structures describe molecular details of their interactions and are supported by functional analyses of mutations and molecular dynamics simulations. We reveal that revaprazan has a novel binding mode in which its tetrahydroisoquinoline moiety binds deep in the cation transport conduit. The mechanism of action of these P-CABs can now be evaluated at the molecular level, which will facilitate the rational development and improvement of currently available P-CABs to provide better treatment of acid-related gastrointestinal diseases.

    DOI: 10.1021/acs.jmedchem.2c00338

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  10. Structure and dynamics of Odinarchaeota tubulin and the implications for eukaryotic microtubule evolution 査読有り

    C. Akıl, S. Ali, L. T. Tran, J. Gaillard, W. Li, K. Hayashida, M. Hirose, T. Kato, A. Oshima, K. Fujishima, L. Blanchoin, A. Narita, R. C. Robinson

    Science Advances   8 巻 ( 12 ) 頁: eabm2225   2022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)  

    DOI: 10.1126/sciadv.abm2225

  11. Cryo-EM of the ATP11C flippase reconstituted in Nanodiscs shows a distended phospholipid bilayer inner membrane around transmembrane helix 2

    Nakanishi Hanayo, Hayashida Kenichi, Nishizawa Tomohiro, Oshima Atsunori, Abe Kazuhiro

    JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY   298 巻 ( 1 )   2022年1月

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    記述言語:日本語  

    DOI: 10.1016/j.jbc.2021.101498

    Web of Science

  12. A cryptic phosphate-binding pocket on the SPFH domain of human stomatin that regulates a novel fibril-like self-assembly

    Kataoka, K; Suzuki, S; Tenno, T; Goda, N; Hibino, E; Oshima, A; Hiroaki, H

    CURRENT RESEARCH IN STRUCTURAL BIOLOGY   4 巻   頁: 158 - 166   2022年

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Current Research in Structural Biology  

    Human stomatin (hSTOM) is a component of the membrane skeleton of erythrocytes that maintains the membrane's shape and stiffness through interconnecting spectrin and actin. hSTOM is a member of the protein family that possesses a single stomatin/prohibitin/flotillin/HflK (SPFH) domain at the center of the molecule. Although SPFH domain proteins are widely distributed from archaea to mammals, the detailed function of the domain remains unclear. In this study, we first determined the solution structure of the SPFH domain of hSTOM (hSTOM(SPFH)) via NMR. The solution structure of hSTOM(SPFH) is essentially identical to the already reported crystal structure of the STOM SPFH domain (mSTOM(SPFH)) of mice, except for the existence of a small hydrophilic pocket on the surface. We identified this pocket as a phosphate-binding site by comparing its NMR spectra with and without phosphate ions. Meanwhile, during the conventional process of protein NMR analysis, we eventually discovered that hSTOM(SPFH) formed a unique solid material after lyophilization. This lyophilized hSTOM(SPFH) sample was moderately slowly dissolved in a physiological buffer. Interestingly, it was resistant to dissolution against the phosphate buffer. We then found that the lyophilized hSTOM(SPFH) formed a fibril-like assembly under electron microscopy. Finally, we succeeded in reproducing this fibril-like assembly of hSTOM(SPFH) using a centrifugal ultrafiltration device, thus demonstrating that the increased protein concentration may promote self-assembly of hSTOM(SPFH) into fibril forms. Our observations may help understand the molecular function of the SPFH domain and its involvement in protein oligomerization as a component of the membrane skeleton. (245 words).

    DOI: 10.1016/j.crstbi.2022.05.002

    Web of Science

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  13. Gastric proton pump with two occluded K+ engineered with sodium pump-mimetic mutations

    Abe Kazuhiro, Yamamoto Kenta, Irie Katsumasa, Nishizawa Tomohiro, Oshima Atsunori

    NATURE COMMUNICATIONS   12 巻 ( 1 )   2021年9月

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    記述言語:日本語  

    DOI: 10.1038/s41467-021-26024-1

    Web of Science

  14. クライオ電子顕微鏡が加速するギャップ結合の構造研究 招待有り

    大嶋篤典

    生体の科学   71 巻 ( 4 ) 頁: 315-320   2020年8月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:日本語  

  15. Presence of intrinsically disordered proteins can inhibit the nucleation phase of amyloid fibril formation of A beta(1-42) in amino acid sequence independent manner

    Ikeda Koki, Suzuki Shota, Shigemitsu Yoshiki, Tenno Takeshi, Goda Natsuko, Oshima Atsunori, Hiroaki Hidekazu

    SCIENTIFIC REPORTS   10 巻 ( 1 )   2020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)  

    DOI: 10.1038/s41598-020-69129-1

    Web of Science

  16. Structural insights into gap junction channels boosted by cryo-EM 招待有り 査読有り

    Atsunori Oshima

      63 巻   頁: 42-48   2020年4月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語  

    DOI: 10.1016/j.sbi.2020.03.008

  17. Potential of cryo-EM for high-resolution structural analysis of gap junction channels 招待有り 査読有り

    Atsunori Oshima

    CURRENT OPINION IN STRUCTURAL BIOLOGY   54 巻   頁: 78-85   2019年2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)  

    DOI: 10.1016/j.sbi.2019.01.005

    Web of Science

  18. イネキシンギャップ結合チャネルの原子分解能単粒子解析 招待有り

    大嶋篤典

    顕微鏡   52 巻   頁: 153-159   2017年12月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:日本語  

  19. Structure of an innexin gap junction channel and cryo-EM sample preparation 招待有り 査読有り

    Atsunori Oshima

    MICROSCOPY   66 巻 ( 6 ) 頁: 371-379   2017年12月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語  

    DOI: 10.1093/jmicro/dfx035

    Web of Science

  20. Hexadecameric structure of an invertebrate gap junction channel 査読有り

    Oshima, A., Matsuzawa, T., Murata, K., Tani, K. and Fujiyoshi, Y.

    J. Mol. Biol.   428 巻   頁: 1227-1236   2016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)  

    DOI: 10.1016/j.jmb.2016.02.011.

  21. ギャップ結合チャネルの構造と多様性 招待有り 査読有り

    大嶋篤典

    膜(MEMBRANE)   41 巻   頁: 50-56   2016年3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(学術雑誌)  

  22. GraDeR: membrane protein complex preparation for single particle cryo-EM. 査読有り

    Hauer, F., Gerle,C., Fischer, N., Oshima, A., Shinzawa-Itoh, K., Shimada, S., Yokoyama, K., Fujiyoshi, Y., Stark, H.

    Structure   23 巻   頁: 1769-1775   2015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)  

  23. Structure and closure of connexin gap junction channels 招待有り 査読有り

    A. Oshima

    FEBS Letters   588 巻   頁: 1230-1237   2014年2月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語  

  24. Oligomeric Structure and Functional Characterization of Caenorhabditis elegans Innexin-6 Gap Junction Protein 査読有り

    A. Oshima, T. Matsuzawa, K. Nishikawa, and Y. Fujiyoshi

    Journal of Biological Chemistry   288 巻   頁: 10513-10521   2013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)  

  25. Asymmetric configurations and N-terminal rearrangements in connexin26 gap junction channels 査読有り

    A. Oshima, K. Tani, M. M. Toloue, Y. Hiroaki, A. Smock, S. Inukai, A. Cone, B. J. Nicholson ,G. E. Sosinsky, and Y. Fujiyoshi

    Journal of Molecular Biology     2011年

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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.jmb.2010.10.032

  26. Two-dimensional kinetics of inter-connexin interactions from single molecule force spectroscopy 査読有り

    F. Rico, A. Oshima, P. Hinterdorfer, Y. Fujiyoshi, and S. Scheuring

    Journal of Molecular Biology     2011年

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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.jmb.2011.07.013

  27. Analysis of four connexin26 mutant gap junctions and hemichannels reveals variations in hexamer stability 査読有り

    C. Ambrosi, D. Boassa, J. Pranskevich, A. Smock, A. Oshima, J. Xu, B. J. Nicholson ,G. E. Sosinsky

    Biophysical Journal     2010年

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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.2010.01.019

  28. 電子線結晶構造解析から導かれたギャップ結合チャネルのプラグゲーティング機構

    大嶋篤典

    顕微鏡   44 巻 ( 2 ) 頁: 87-92   2009年

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    記述言語:日本語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

  29. The M34A mutant of Connexin26 reveals active conductance states in pore-suspending membranes 査読有り

    O. Gaßmann, M. Kreir, C. Ambrosi, J. Pranskevich, A. Oshima, C. Röling, G. Sosinsky, N. Fertig, and C. Steinem

    Journal of Structural Biology     2009年

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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.jsb.2009.02.004

  30. Structure of the connexin 26 gap junction channel at 3.5Å resolution 査読有り

    S. Maeda, S. Nakagawa, M. Suga, E. Yamashita, A. Oshima, Y. Fujiyoshi and T. Tsukihara

    Nature     2009年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1038/nature07869

  31. Projection structure of a N-terminal deletion mutant of connexin 26 channel with decreased central pore density 査読有り

    A. Oshima, K. Tani, Y. Hiroaki, Y. Fujiyoshi, and G. E. Sosinsky

    Cell Communication and Adhesion     2008年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1080/15419060802013588

  32. Three-dimensional structure of a human connexin26 gap junction channel reveals a plug in the vestibule 査読有り

    A. Oshima, K. Tani, Y. Hiroaki, Y. Fujiyoshi, and G. E. Sosinsky

    Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America     2007年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1073/pnas.0703704104

  33. Mutation of a conserved threonine in the third transmembrane helix of and connexins creates a dominant-negative closed gap junction channel 査読有り

    D. Beahm, A. Oshima, G. M. Gaietta, G. M. Hand, A. E. Smock, S. N. Zucker, M. M. Toloue, A. Chandrasekhar, B. J. Nicholson, and G. E. Sosinsky

    Journal of Biological Chemistry     2006年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1074/jbc.M506533200

  34. Roles of Met-34, Cys-64, and Arg-75 in the assembly of human connexin 26. IMPLICATION FOR KEY AMINO ACID RESIDUES FOR CHANNEL FORMATION AND FUNCTION 査読有り

    A. Oshima, T. Doi, K. Mitsuoka, S. Maeda, and Y. Fujiyoshi

    Journal of Biological Chemistry     2003年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1074/jbc.M207713200

  35. The 11Å resolution projection map of Na+/K+-ATPase calculated by application of single particle analysis to two-dimensional crystal images 査読有り

    Y. Tahara, A. Oshima, T. Hirai, K. Mitsuoka, Y. Fujiyoshi, and Y. Hayashi

    Journal of Electron Microscopy   49 巻 ( 4 ) 頁: 583-587   2000年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

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MISC 1

  1. クライオ電子顕微鏡で見るギャップ結合チャネルの構造 招待有り

    大嶋篤典  

    細胞51 巻   頁: 8-11   2019年

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:日本語  

共同研究・競争的資金等の研究課題 1

  1. クライオ電子顕微鏡のフィードバックに基づく膜タンパク質複合体の生産と技術支援

    2017年4月 - 2022年3月

    創薬等ライフサイエンス研究支援基盤事業 

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    資金種別:競争的資金

科研費 5

  1. 脂質が寄与するlarge pore channelの膜透過機構の解明

    研究課題/研究課題番号:23H02418  2023年4月 - 2027年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    大嶋 篤典, 田中 康太郎

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:18590000円 ( 直接経費:14300000円 、 間接経費:4290000円 )

    large pore channelに属する膜タンパク質の、脂質膜再構成条件下におけるクライオ電子顕微鏡高分解能構造解析(cryo-EM)を行い、脂質が寄与するチャネルの膜透過機構を解明する。ギャップ結合チャネルを含むlarge pore channelのナノディスク再構成を行い、構造解析によってタンパク質―脂質間相互作用を明らかにする。またリポソーム再構成にも取り組み、脂質膜環境下で膜タンパク質を構造解析するためのcryo-EMの試料調製技術開発を目指す。

  2. 脂質二重膜中におけるlarge pore channelの新しい開閉モデルの探索

    研究課題/研究課題番号:21K19215  2021年7月 - 2023年3月

    科学研究費助成事業  挑戦的研究(萌芽)

    大嶋 篤典

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:6370000円 ( 直接経費:4900000円 、 間接経費:1470000円 )

  3. 高等動物細胞間結合チャネルのクライオ電子顕微鏡構造研究

    研究課題/研究課題番号:19H03165  2019年4月 - 2022年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(B)

    大嶋 篤典

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:17290000円 ( 直接経費:13300000円 、 間接経費:3990000円 )

    本研究はコネキシンギャップ結合チャネルの高分解能構造解析をクライオ電子顕微鏡単粒子解析法で行い、コネキシンチャネルの開閉機構と生理機能の解明に迫る。ヒトのコネキシン26とコネキシン32を対象とし、可溶化状態と脂質二重膜に再構成された状態のクライオ電子顕微鏡高分解能構造解析を行い、電気生理機能解析も併用する。また試料調製法の最適化による、膜タンパク質のクライオ電子顕微鏡高分解能構造解析を加速するための技術開発を目指す。
    ギャップ結合チャネルとその関連タンパク質を脂質ナノディスクに再構成してクライオ電子顕微鏡で構造解析を行った。具体的には線虫のinnexin-6(INX-6)とヒトpannexin-1(PANX1)の2つについての構造研究を行い、電気生理学による機能解析とMDシミュレーションを共同研究で行った。これらの結果から、チャネルが開くときはN末端領域が漏斗状のコンフォメーションを取り、チャネルが閉じるときには脂質がINX-6やPANX1のチャネル通路に入り込んで塞ぐ脂質ゲーティングモデルが示唆された。本研究によってLarge pore channelが閉じるメカニズムの一つの解釈を与えることができた。
    ギャップ結合チャネルとは水やイオンのほか、ヌクレオチドやペプチドといった大きい分子を通すことが知られているが、その開閉機構を明確に説明できる構造モデルは存在しておらず、これはLarge pore channelについても同様であった。本研究によってINX-6やPANX1のチャネル通路に脂質が入り込んで閉じる概念は、過去に示唆されることのない新しい開閉機構のモデルである。INX-6とPANX1はその機能が本質的に異なると想定されるが、N末端領域がファネルを形成し、その閉塞に脂質が関与している点が似通っているのは、ギャップ結合ファミリータンパク質に共通したメカニズムであることを示唆するものである。

  4. 細胞間結合チャネルの高分解能単粒子解析

    研究課題/研究課題番号:16K07266  2016年4月 - 2019年3月

    科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    大嶋 篤典

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:4940000円 ( 直接経費:3800000円 、 間接経費:1140000円 )

    線虫が持つギャップ結合チャネルのinnexin-6(INX-6)の構造研究をクライオ電子顕微鏡を用いて行い、可溶化状態の原子構造を決定した。INX-6は16量体を形成し、オープン状態の構造と解釈された。INX-6はヒトに存在するコネキシン26とアミノ酸配列の類似性が見られないにもかかわらず、その構造は非常によく似ていた。また脂質ナノディスクに再構成したINX-6ヘミチャネルの構造解析にも成功し、脂質二重膜内ではN末端が構造変化するとともに、チャネルの通路を埋める密度が確認された。この結果からチャネル通路の開閉に脂質分子が関与するという知見が得られた。
    本研究で明らかにしたINX-6の構造解析から、新規の膜タンパク質複合体の原子構造の決定に、結晶化を必要としないクライオ電子顕微鏡単粒子解析法が有効であることを示した。無脊椎動物と脊椎動物ではアミノ酸配列の相同性の低いタンパク質から共通点の多いチャネル構造が形成されることを明らかにした。クライオ電子顕微鏡法は、創薬ターゲットとして大きな割合を占める膜タンパク質の構造研究に今後も役立てられることが期待される。

  5. チャネルを中心とした構造生理学的研究

    研究課題/研究課題番号:15H05775  2015年5月 - 2020年3月

    藤吉 好則

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    担当区分:研究分担者 

    チャネルを中心とする膜タンパク質の構造生理学研究を総合的に進めた結果、ギャップ結合チャネルのgating機構のモデルを提案し、プロトンを透過させない水チャネルAQP4は脳浮腫などと関わるのでその阻害剤開発のための構造解析を行い、イオン透過を制御する電位感受性Na+チャネルの構造機能研究と共にバクテリア由来のCa2+チャネルを初めて発見し、プロトンポンプの高分解能の構造解析に成功し、タイト結合チャネルの構造モデルを提案した。なお、アセチルコリン受容体では十分な成果が得られなかったが、エンドセリン受容体の構造解析結果を得ることができた。
    構造研究が困難とされてきた膜タンパク質の構造を高い分解能で解析するための技術開発を進め、チャネルを中心とする構造を実際に解析して、構造生理学的に詳細に理解することができるようにした。2報のNature誌の論文をはじめ着実な論文発表を行った。特に、急激に発展しつつあり、創薬の分野でも注目を集めつつあるクライオ電子顕微鏡を用いた構造研究分野で、装置開発や関連技術開発などの貢献をした。