課題番号 ：S-19-MS-0053
利用形態 ：協力研究
利用課題名（日本語） ：高磁場NMR計測によるオリゴ糖鎖の動的構造解析
Program Title (English) ：NMR analyses of the conformational dynamics of oligosaccharides by high magnetic-field measurements
利用者名（日本語） ：山口　拓実1)
Username (English) ：T. Yamaguchi1)
所属名（日本語） ：1) 北陸先端科学技術大学院大学　先端科学技術研究科
Affiliation (English) ：1) Japan Advanced Institute of Science and Technology

１．概要（Summary ）
　これまで我々は糖鎖単体の動的な立体構造について分子シミュレーションと核磁気共鳴法を用いた構造解析手法を確立してきてきた。この手法を糖タンパク質にも応用することで、糖タンパク質まるごとの動的構造を明らかにすることを目指している。糖タンパク質のモデル分子として、免疫系において主要な役割を担い、結晶構造情報が豊富にある抗体のFc領域に着目した。MD計算によって得られる複数のコンフォマーを考慮した構造モデルを作成し、NMR計測によって観測される構造情報を予測した。抗体のFc領域を分子生物学手法によって調製し、分子科学研究所の高磁場NMR装置を利用した計測によって、その構造情報を取得した。このようにして得られた実験値と理論値を比較することで、構造サンプリングの適切さを評価し、糖タンパク質の糖部分とタンパク質部分双方の溶液中での構造ダイナミクスを明らかにした。

２．実験（Experimental）
　NMR計測には均一に[CO, α, β, γ, ε1, ε2-13C6; β2, δ1, δ2-2H3; 15N] tyrosine標識されたIgGをパパイン処理することにより得られたFcを用いた。測定サンプルは10％ D2O bufferを用いてそれぞれ10 mg/mlに調製した。2D HSQC-NOESY 計測を行うことにより、Fcの糖鎖とアミノ酸残基の間のNOE信号を観測した。なお、NMR測定はBruker製Avance-800を用いて行った。また分子動力学（MD）計算は自然科学研究機構計算科学センターと北陸先端大情報社会基盤研究センターにて実施した。

３．結果と考察（Results and Discussion）
　抗体のFc領域に結合している糖鎖はFcγ受容体（FcγR）との結合を介した抗体依存性細胞傷害（ADCC）活性を発動するうえで、不可欠な役割を果たしている。特に、Fc結合糖鎖からフコース残基を取り除くとFcγR Ⅲへの親和性が高まり、ADCC活性が劇的に向上する。しかしながら、そのメカニズムの理解が十分ではなかった。MD計算とNMR解析の結果から、Fc結合糖鎖のフコース残基の有無によって、FcγRとの相互作用に重要であるTyr296残基の構造ダイナミクスに差異が見られた。フコシル化FcにおけるTyr296側鎖はフコースとの間で特異的な相互作用を形成し、FcγRとの相互作用に不利な配向に固定される傾向にあった。一方で、非フコシル化FcにおいてはTyr296側鎖は多様な配向をとり、FcγRと結合に有利な配向に露出することが明らかとなった。このように、Fcの局所構造ダイナミクスがFc結合糖鎖のフコース残基の有無によって変化し、FcγRとの会合過程に影響を及ぼすことが示された。

４．その他・特記事項（Others）
　本研究の成果は、加藤晃一博士（生命創成探究センター／分子科学研究所）の研究グループらとの共同研究により得られたものです。

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
Yanaka, S., Yogo, R., Inoue, R., Sugiyama, M., Itoh, S.G., Okumura, H., Miyanoiri, Y., Yagi, H., Satoh, T., Yamaguchi, T. and Kato, K.
Dynamic views of the Fc region of immunoglobulin G provided by experimental and computational observations
Antibodies 8, 39 (2019)

谷中冴子，與語理那，矢木宏和，伊藤 暁，奥村久士，山口拓実，加藤晃一
IgG のフコシル化による Fc のダイナミクスの変化が Fc γ受容体との相互 作用に及ぼす影響
第19回日本蛋白質科学会年会 第71回日本細胞生物学会大会　合同年次大会、神戸（2019）

６．関連特許（Patent）
　なし。