大型放射光施設 SPring-8

公開日

2023年01月17日

2023年1月17日
東京大学
理化学研究所
横浜市立大学

発表のポイント：
◆二本鎖RNA(dsRNA)をリガンドとする自然免疫受容体TLR3と長鎖のdsRNAとの複合体構造をクライオ電子顕微鏡単粒子解析により構造決定した。この結果dsRNAに沿ってTLR3がクラスター化して結合することを明らかにした。
◆クラスター化したTLR3の相互作用界面には電荷を有するアミノ酸が集まっており、変異体を用いた活性測定により静電相互作用がクラスター形成に重要な働きをしていることを明らかにした。
◆TLR3の多量体形成によって細胞内のTIRドメインまたはそれを介した下流のアダプター分子の局所濃度が上昇することで、より効率的なシグナル伝達が可能となると考えられる。

【研究の背景】
　Toll様受容体 (TLR) は、自然免疫を活性化させる1回膜貫通タンパク質であり、細菌やウイルスに由来する病原体関連分子パターンの認識により活性化されることで細胞内へシグナルを伝達し、炎症性サイトカイン^[注1]やインターフェロン^[注2]の産生を誘導する。ヒトではTLR1-10の10種類が同定されている。
　TLR3は、リソソーム^[注3]に局在し、主としてウイルスに由来する二本鎖RNA (double-stranded RNA、 dsRNA) を認識する。これまでの研究により、最短でおよそ40塩基対 のdsRNAを介して二量体を形成することが明らかにされている。また、より長鎖のdsRNAによって、活性化が増強されることが示されているが、その機構については不明な点が多かった。

【研究内容】
　本研究グループは、TLR3細胞外ドメイン試料と90 塩基対の dsRNAとの複合体構造をクライオ電子顕微鏡単粒子解析^[注4]により構造決定した。既報の二量体構造２つがdsRNAに沿って約90 Åの並進移動により配置されていた。各プロトマーは側方のプロトマーと隣接した状態でdsRNAを認識していた（図１）。より長鎖のdsRNAに対してはさらに高次の多量体を形成することも確認した。２つの二量体間は約8 Å離れていたが、相補的な表面電荷を有しており、静電相互作用により多量体形成が促進されている可能性がある。このことを確認するため、二量体単位間の近接領域に存在する電荷をもつアミノ酸に特に注目し、電荷を反転させるような変異を導入して細胞を用いて活性測定を行い、さらにクライオ電子顕微鏡により、変異体の多量体状態を観察した。これらの変異体は活性が有意に低下し、多量体形成能も低下しており、静電相互作用がクラスター形成に重要な働きをしていることが明らかになった。本研究より、TLR3がdsRNAの長さ依存的に多量体形成をすること、この多量体形成がシグナル伝達において有利に働くことが示された。これは、TLR3の多量体形成によって細胞内のTIRドメイン^[注5]またはそれを介した下流のアダプター分子の局所濃度が上昇することでより効率的なシグナル伝達が可能となるためであると考えられる（図２）。

【研究の意義と今後の展開】
　TLR3 は感染防御や抗腫瘍応答及びウイルスによる炎症性疾患に深く関わっており、TLR3 のシグナル増強剤及びシグナル抑制剤が待ち望まれている。今回、dsRNAに沿ったTLR3のクラスター化がシグナル伝達の活性を増強させていることがわかったことから、TLR3のクラスター化を防ぐような化合物はシグナル抑制剤として期待できる。

　本研究は、科学技術振興機構（JST）戦略的創造研究推進事業（CREST）（課題番号 JPMJCR21E4）、AMED創薬等先端技術支援プラットフォーム（BINDS) （課題番号 JP21am0101115、 JP21am0101070、 JP22ama121023）、JSPS科研費JP22H05182、などの外部資金支援を受けて行われた。

発表雑誌：
雑誌名：Nature Communications
論文タイトル：TLR3 forms a laterally aligned multimeric complex along double-stranded RNA for efficient signal transduction 著者：Kentaro Sakaniwa、 Akiko Fujimura、 Takuma Shibata、 Hideki Shigematsu、 Toru Ekimoto、 Masaki Yamamoto、 Mitsunori Ikeguchi、 Kensuke Miyake、 Umeharu Ohto and Toshiyuki Shimizu
DOI番号： 10.1038/s41467-023-35844-2

【用語解説】