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ペプチドとリポペプチドを結合するHLAクラスI分子のX線結晶構造解析

麻, 実乃莉 京都大学 DOI:10.14989/doctor.k24759

2023.03.23

概要

MHC クラス I 分子は、重鎖: 2 ミクログロブリン(2m)ヘテロ二量体に構築された抗
原結合溝にペプチドリガンドが結合することにより安定的な三量体を形成し、抗原提示分
子として機能する。多くの MHC クラス I:ペプチド複合体の結晶構造解析から、抗原結合
溝には 6 つのポケット(AーF ポケット)が存在し、このうち N 末から 2 番目のアミノ酸
(P2)を結合する B ポケットと C 末アミノ酸を結合する F ポケットがペプチドリガンドレ
パトアの形成に重要であることが知られている。これに対して、N-ミリストイル化ウイルス
タンパク質の N 末端リポペプチド断片を結合するアカゲザル MHC クラス I 分子(以下 LP1
分子と総称する)が発見され、B ポケットには C14 直鎖脂肪酸(ミリスチン酸)が結合する
ことが明らかとなった。そこで申請者は、アカゲザル LP1 分子の B ポケット構造の特徴を
切り口として、リポペプチド結合能を有するヒト MHC(HLA)クラス I 分子の同定を目指
した研究を推進した。
まず P2 アミノ酸とミリスチン酸の分子形状の違いから、ミリスチン酸を収容する B ポケ
ットは深く大きいことが予想された。実際、B ポケット底面を構成するポジション 9 におい
て、LP1 分子ではコンセンサスアミノ酸(Tyr9)ではなく小さなアミノ酸(Ser9 あるいは
Gly9)が配置されていた。そこで、Ser9 を有し日本人においてメジャーな HLA-A*24:02 と
HLA-C*14:02 を絞り込み、リポペプチド結合能を検証した。それぞれの重鎖:2m 二量体
はリポペプチド存在下で安定三量体を形成した。この三量体を結晶化し、X 線結晶構造を決
定したところ、Ser9 側鎖は水素結合により B ポケットとは反対側に配向し、深く広い B ポ
ケットにミリスチン酸が収納されることが判明した。他方、これらの HLA クラス I 分子は
ペプチドも結合することが分かっている。そこでペプチド結合複合体とリポペプチド結合
複合体の結晶構造を比較したところ、Ser9 を介した水素結合ネットワークがリガンドの種
類に応じて再構築され、ミリスチン酸だけでなく P2 アミノ酸を結合できる B ポケット構造
が生み出されていた。したがって、これらの HLA クラス I 分子は、B ポケットリモデリン
グの機構によりリガンドレパトアを拡大し、効果的な抗ウイルス免疫応答を誘導すると考
えられた。 ...

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謝辞

本研究を遂行するにあたり、細部にわたり丁寧に御指導、御助言を賜りました京都大

学 生命科学研究科 高次細胞制御学分野 杉田 昌彦教授に深謝の意を表します。研究の

立案から結果の解釈、考察まで日々議論する中に見えた、洗練された科学的思考力をも

つ先生の姿は、今後の私の研究生活における目標です。

また、大変多くの熱心な御指導、御助言を賜りました森田 大輔助教、水谷 龍明助教

に深く感謝いたします。先生方より日々多大なサポートを頂いたおかげで、本研究を結

実させることができました。

さらに、本研究を行う上で、X 線結晶構造解析について大変多くの御指導を頂きまし

た三上 文三先生に厚く御礼申し上げます。構造解析の初学者だった私に、基礎的な原

理から専門的な技法までご教授いただき、それは本研究に欠かせないものとなりました。

加えて、高次細胞制御学分野研究室の皆様には、ご指導・ご支援を賜りましたこと、

心より御礼申し上げます。

最後に、研究活動に理解を示し、物心両面に渡り常に支援してくれた両親に感謝しま

す。

本学位論文は以下の学術論文の内容に基づいて書かれたものである。

Asa, M., Morita, D., Kuroha, J., Mizutani, T., Mori, N., Mikami, B., & Sugita, M.

Crystal structures of N-myristoylated lipopeptide-bound HLA class I complexes indicate

reorganization of B-pocket architecture upon ligand binding.

Journal of Biological Chemistry,298(7), 102100, 2022.

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