様式３2021 年度 傾斜的研究費（全学分） 研究報告書【研究費区分】：戦略的研究プロジェクト【研究代表者所属】：理学研究科 化学専攻【研究代表者氏名】：伊藤 隆【研究代表者氏名フリガナ】：イトウ ユタカ【研究代表者職】：教授【国内研究分担者（所属,氏名,職）】
・東京都立大学大学院理学研究科 池谷 鉄兵 助教
・東京都立大学大学院理学研究科 猪股 晃介 特任准教授
・東京薬科大学薬学部 三島 正規 教授
・理化学研究所・生命機能科学研究センター 木川 隆則 チームリーダー
・理化学研究所・杉田理論分子科学研究室

杉田 有治 主任研究員

・東北大学メディカルメガバンク 小柴 生造 教授
・東北大学大学院医学系研究科

鈴木 隆史 講師

【国外研究分担者（所属,氏名,職）】
・独フランクフルト大学 Peter Güntert 教授
Geerten Vuister 教授

・英レスター大学

・英レスター大学 田仲 加代子 講師
・英ケンブリッジ大学 Ernest Laue 教授
・英ケンブリッジ大学 Daniel Nietlispach 教授
・英グラスゴー大学 Brian Smith 講師【研究課題名】：医薬に資する in situ NMR 生命科学
【研究実績の概要】
・本研究では，生細胞を試料として核磁気共鳴測定を行う「in-cell NMR」を柱とした，医薬に資する「in situ（その場）生命科学」の基盤・応用研究を展開している．国内外の研究グループとのネットワーク形成を推進するとともに，（a）迅速で高感度な NMR 測定法，（b）
情報科学を駆使した自動解析技術，（c）細胞試料を長時間測定するためのマイクロ培養技術，（d）標的蛋白質の細胞内局在コントロール技術，（e）複合体形成やドメイン間相対配置の解析法，（f）ヒト培養細胞環境での薬剤スクリーニング，について研究を進めている．
2021 年度は，テーマ（a）～（c），（e），（f）について研究を進め，以下のような興味深い結果が得られた．

図 1．培養細胞内 Nrf2-Neh2 の 1H-15N SOFAST-HMQC
ス ペ ク ト ル ． (a) 野 生 型 Nrf2-Neh2 ， HeLa 細 胞 内（+MG132），(b) Nrf2-Neh2-R7 変異体，HeLa 細胞内，(c) 野生型 Nrf2-Neh2，A549 細胞内（+MG132）．

様式３（a）については，ケンブリッジ大の Nietlispach との共同研究で，圧縮センシング（CS）を用いた再構成法を利用し，良好な 4D NMR データが数時間で再構成できることを確認した．(b)については，客観的な指標に基づく，複数構造を仮定した multi-state 立体構造計算法の確立を行い，酵母 YUH1 蛋白質について局所的に特に広い構造分布を持つアンサンブル構造を得ることに成功した．(c)については，環境応答型転写因子 Nrf2とその制御因子 Keap1 の系（東北大学との共同研究）を用いて，多様な培養細胞を用いた in-cell NMR 解析を試みた（図 1）．(e)については，ヒト GRB2 蛋白質の解析を進め，既に報告されている構造とドメイン間相対配置において有意な差がある立体構造を得た（図 2a）．さらに，GRB2 と SOS1 の GRB2 結合領域の混合によって，液液相分離が起こることを示した（図 2b）．(f)につ図 2．(a) ヒト GBR2 の溶液中での立体構造．(b) GRB2と SOS1-PRM の混合の結果生じた液液相分離． (c)GRB2 および SOS1 のドメイン構造の模式図．

いては，SARS-CoV-2 由来の蛋白質分解酵素 3CLpro を用いた解析を行った（東薬大・三島との共同研究）．
【学会発表（発表題目，発表大会名，年月）】【国際会議（招待）】・Y. Ito, K. Inomata & T. Ikeya: “Solution NMR approaches to 3D structure determination of proteins inliving eukaryotic cells”. 22nd International Society of Magnetic Resonance Conference (ISMAR), the 9th
Asia-Pacific NMR (APNMR) Symposium, On-line, 26 August (2021)【国内会議（招待）】・池谷 鉄兵，伊藤 隆「複数の異なる NMR データの統合解析によるタンパク質 multi-state 立体構造解析」
第 21 回日本蛋白質科学会年会 蛋白質科学会アーカイブ WS：蛋白質を多角的に捉える NMR 新技術 2021
年 6 月 16 日［オンライン開催］【国際会議（ポスター）】
・T. Ikeya, M. Okada, Y. Tateishi, E. Nojiri, T. Mikawa, S. Rajesh, H. Ogasa, T. Ueda, H. Yagi, T. Kohno, T.
Kigawa, I. Shimada, P. Güntert & Y. Ito, “Multi-state structure determination and dynamics analysisreveals a new ubiquitin-recognition mechanism in yeast ubiquitin C-terminal hydrolase”, 22ndInternational Society of Magnetic Resonance Conference (ISMAR), the 9th Asia-Pacific NMR (APNMR)
Symposium, On-line, 22-27 August (2021)
・Sayeesh. P. M., T. Ikeya, H. Sugasawa, R. Watanabe & Y. Ito, “Insight into the C-terminal SH3 mediatedbinding of Drosophila Drk towards Sos and Dos”, 22nd International Society of Magnetic ResonanceConference (ISMAR), the 9th Asia-Pacific NMR (APNMR) Symposium, On-line, 22-27 August (2021)【国内会議（ポスター）】
・Sayeesh. P. M., T. Ikeya, H. Sugasawa, R. Watanabe & Y. Ito, “Insight into the C-terminal SH3 mediatedbinding of Drosophila Drk towards Sos and Dos”, 第 1 回生命金属科学 夏の合宿 2021 年 9 月 4-5 日 ［オンライン開催］
・Sayeesh. P. M., T. Ikeya, H. Sugasawa, R. Watanabe & Y. Ito, “Insight into the C-terminal SH3 mediatedbinding of Drosophila Drk towards Sos and Dos”, バイオカンファレンス 2021, 2021 年 9 月 4-5 日 八王子

様式３・Sayeesh. P. M., T. Ikeya, H. Sugasawa, R. Watanabe & Y. Ito, “Insight into the C-terminal SH3 mediatedbinding of Drosophila Drk towards Sos and Dos”, 第 44 回日本分子生物学会 2021 年 12 月 1-3 日 横浜・富樫直之，亀井 駿，菅澤はるか，猪股晃介，伊藤 隆，田仲加代子, 池谷鉄兵, ”NMR による KRAS と RGL2の相互作用解析”, 第 44 回日本分子生物学会 2021 年 12 月 1-3 日 横浜・屋部祥大, 田岸亮馬, 鴨志田一, 美川 務, 猪股晃介, 池谷鉄兵, 伊藤 隆 “直鎖状ユビキチン二量体の溶液構造解析”, 第 44 回日本分子生物学会 2021 年 12 月 1-3 日 横浜・末広志織，猪股晃介，豊田芽生，池谷鉄兵，鈴木隆史，山本雅之, 伊藤 隆, ” In-cell NMR を用いた Keap1-Nrf2制御系の解析”, 第 44 回日本分子生物学会 2021 年 12 月 1-3 日 横浜
【論文発表又は著書発行（発表題目，著者，発表誌又は出版社，年月）】＊Nagae, T., Unno, M., Koizumi, T., Miyanoiri, Y., Fujisawa, T., Masui, K., Kamo, T., Wada, K., Eki, T., Ito, Y.,Hirose, Y. & Mishima, M. “Structural basis of the protochromic green/red photocycle of the chromatic
acclimation sensor RcaE” Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 118, e2024583118 (2021).
・Okada, M., Tateishi, Y., Nojiri, Y., Mikawa, T., Rajesh, S., Ogasa, H., Ueda, T., Yagi, H., Kohno, T., Kigawa,T., Shimada, I., Güntert, P., Ito, Y. & Ikeya, T. “Multi-state structure determination and dynamics analysis
reveals a new ubiquitin-recognition mechanism in yeast ubiquitin C-terminal hydrolase” bioRiv
https://doi.org/10.1101/2021.04.22.440356
・伊藤 隆，「SARS-CoV-2 感染機序についての構造生物学的研究の現状」エアロゾル研究 36, 237-245 (2021).
・池谷鉄兵，伊藤 隆，「溶液 NMR 法を用いた蛋白質立体構造計算の最近の動向」細胞 53, 48-52 (2021).
・池谷鉄兵，伊藤 隆，「溶液 NMR 法を用いた蛋白質立体構造計算の最近の動向」アグリバイオ 5, 980-986(2021).
【競争的研究費への応募状況】・2021 年度はなし．ただし，研究分担者の池谷が主たる共同研究者（伊藤はその研究参画者）として応募した
JST CREST 研究（2021～2026），「インセル NMR 計測による細胞内蛋白質の構造・動態・機能解明（代表：西田紀貴）」は採択された．
【科学研究費助成事業や国等の提案公募型研究費，企業からの受託研究費・共同研究費の獲得状況】
・科学研究費，新学術領域研究「公募研究」（2019～2023），「生命金属動態解析を可能とする in-cell NMR による金属タンパク質研究」，研究代表者
・科学研究費，基盤研究（B）（2021～2023）「迅速で高感度な NMR 解析による in situ 構造生命科学」，研究代
表者
・科学研究費，基盤研究（S）（2019～2023），「マルチスケール分子動力学シミュレーションによる細胞内分子動態の解明（代表：杉田有治）」，研究分担者
・科学研究費，基盤研究（C）（2020～2021），「Use of contact prediction-based restraints for protein structure
determination from sparse NMR data（代表：Peter Güntert）」，研究分担者【受賞等】
・2021 年度はなし．
【その他社会貢献】

様式３[公的審議会・委員会等の公的貢献，生涯学習支援・普及啓発，国際貢献・国際交流等]
・日本核磁気共鳴学会，評議員（任期：2021 年 4 月 1 日―2023 年 3 月 31 日）
・日本核磁気共鳴学会，理事（任期：2021 年 4 月 1 日―2023 年 3 月 31 日）
・科学技術振興機構，戦略的創造研究推進事業（CREST），研究領域「計測技術と高度情報処理の融合によるインテリジェント計測・解析手法の開発と応用」，領域アドバイザー（任期：2016 年度～）
【研究成果による特許等の産業財産権の出願・取得状況】（産業財産権の種類，名称，出願番号，出願年月日）
・なし【研究分担額】（研究代表者・分担者名,所属,金額（円））・伊藤 隆，東京都立大学理学研究科，15,000,000 円