研究室概要
生体膜ダイナミクス研究室は2021年に研究室を開設し、クライオ電子顕微鏡を用いた膜タンパク質の構造解析を主として扱っています。
脂質二重膜は細胞の表面を覆って外界との隔たりを作るだけでなく、細胞内小器官のような様々なコンパートメントを作り出し、生体内で起こる反応を効率よく行うための場を提供しています。
我々の研究対象である「輸送体」は、タンパク質、金属イオン、代謝分子などを選択的に脂質を越えて輸送することで、細胞外からモノを取り込んだり、細胞内の代謝産物を他の離れたコンパートメントへ輸送することが可能です。
膜タンパク質には他にも、外界からシグナル分子を受容して細胞内へと情報を伝える受容体、細胞外マトリクスに結合して細胞の移動/遊走に関与する接着タンパク質、脂質膜中で集まることで脂質膜の形態を変えたり、細胞間での接着に関わったりするものも知られています。
スタッフ紹介
西澤 知宏
京都大学大学院理学系研究科博士後期課程修了（2009年）、理学博士。
東京大学大学医科学研究所研究員、東京大学大学院理学系研究科・助教・准教授を経て、2021年4月横浜市立大学大学院生命医科学研究科教授。
李 勇燦
東京大学大学院理学系研究科博士後期課程修了（2018年）、博士(理学)。
2016年日本学術振興会特別研究員、2018年マックスプランク生物物理学研究所・博士研究員。2019年ヒューマン・フロンティア・サイエンス・プログラム長期フェロー。
2021年5月から横浜市立大学助教。
研究紹介
膜輸送体、受容体の分子機構の解明
膜輸送体や受容体は、特定の分子の結合や刺激によって構造変化をすることで、物質/情報の移動を実現しています。したがって、その分子メカニズムを明らかにするためには、一つの状態だけではなく、とりうる複数状態の分子構造を明らかにすることが重要となります。クライオ電子顕微鏡は生体分子のフレキシブルな動きを含めて解析することができることから、分子の動的構造を明らかにすることができます。脂質や糖の輸送体、あるいはGPCRのような受容体が、リガンドの結合や外部刺激によって生じる構造変化の詳細を明らかにすることで、そのはたらきを理解することを目指します。また、これらの分子は創薬標的であることが多く、その薬剤の結合様式や作動機構を知ることで、効率的なドラッグデザインのための情報を提供することも目指します。
膜タンパク質と脂質膜相互作用の理解
膜タンパク質は脂質分子と直接相互作用したりして、脂質膜の形態を変化させたりすることができます。特に、細胞間接着や細胞膜・オルガネラの形態形成に関わる膜タンパク質は、脂質膜中で集積してはたらくものがたくさん知られています。クライオ電子顕微鏡は、脂質膜中の膜タンパク質を直接解析することができます。したがって、細胞接着や、細胞融合（受精、ウィルス感染）に関わる膜タンパク質が脂質膜中でどのようにはたらいているのか、脂質膜のリモデリングや形態変化を含めてクライオ電子顕微鏡による観察から明らかにすることを目指します。
主要文献
- Membrane structure-responsive lipid scrambling by TMEM63B to control plasma membrane lipid distribution.
Yugo Miyata, Katsuya Takahashi, Yongchan Lee, Cheryl S. Sultan, Risa Kuribayashi, Masatomo Takahashi, Kosuke Hata, Takeshi Bamba, Yoshihiro Izumi, Kehong Liu, Tomoko Uemura, Norimichi Nomura, So Iwata, Shigekazu Nagata, Tomohiro Nishizawa & Katsumori Segawa
Nature Structural & Molecular Biology 2024年10月18日 - The unique allosteric property of crocodilian haemoglobin elucidated by cryo-EM
Katsuya Takahashi, Yongchan Lee, Angela Fago, Naim M. Bautista, Jay F. Storz, Akihiro Kawamoto, Genji Kurisu, Tomohiro Nishizawa & Jeremy R. H. Tame
Nature communications 15, 6505 2024年8月2日 - Cryo-EM structures elucidate the multiligand receptor nature of megalin.
Sawako Goto, Akihisa Tsutsumi, Yongchan Lee, Michihiro Hosojima, Hideyuki Kabasawa, Koichi Komochi, Satoru Nagatoishi, Kazuya Takemoto, Kouhei Tsumoto, Tomohiro Nishizawa …
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 121(22) e2318859121 2024年5月28日 - Structure of the human Bre1 complex bound to the nucleosome.
Shuhei Onishi, Kotone Uchiyama, Ko Sato, Chikako Okada, Shunsuke Kobayashi, Keisuke Hamada, Tomohiro Nishizawa, Osamu Nureki, Kazuhiro Ogata, Toru Sengoku
Nature communications 15(1) 2580-2580 2024年3月22日 - Bicarbonate signalling via G protein-coupled receptor regulates ischaemia-reperfusion injury.
Airi Jo-Watanabe, Toshiki Inaba, Takahiro Osada, Ryota Hashimoto, Tomohiro Nishizawa, Toshiaki Okuno, Sayoko Ihara, Kazushige Touhara, Nobutaka Hattori, Masatsugu Oh-Hora …
Nature communications 15(1) 1530-1530 2024年2月27日 - Twisting and Protonation of Retinal Chromophore Regulate Channel Gating of Channelrhodopsin C1C2
Keisei Shibata, Kazumasa Oda, Tomohiro Nishizawa, Yuji Hazama, Ryohei Ono, Shunki Takaramoto, Reza Bagherzadeh, Hiromu Yawo, Osamu Nureki, Keiichi Inoue …
Journal of the American Chemical Society 145(19) 10779-10789 2023年5月2日 - Microcrystal electron diffraction (MicroED) structure determination of a mechanochemically synthesized co-crystal not affordable from solution crystallization
Toshiyuki Sasaki, Takanori Nakane, Akihiro Kawamoto, Tomohiro Nishizawa, Genji Kurisu
CrystEngComm 2023年 - Cryo-EM structures of thylakoid-located voltage-dependent chloride channel VCCN1
Tatsuya Hagino, Takafumi Kato, Go Kasuya, Kan Kobayashi, Tsukasa Kusakizako, Shin Hamamoto, Tomoaki Sobajima, Yuichiro Fujiwara, Keitaro Yamashita, Hisashi Kawasaki, Andrés D. Maturana, Tomohiro Nishizawa, Osamu Nureki
Nature Communications 13(1) 2022年12月 - RNA-triggered protein cleavage and cell growth arrest by the type III-E CRISPR nuclease-protease.
Kazuki Kato, Sae Okazaki, Cian Schmitt-Ulms, Kaiyi Jiang, Wenyuan Zhou, Junichiro Ishikawa, Yukari Isayama, Shungo Adachi, Tomohiro Nishizawa, Kira S Makarova, Eugene V Koonin, Omar O Abudayyeh, Jonathan S Gootenberg, Hiroshi Nishimasu
Science (New York, N.Y.) 378(6622) 882-889 2022年11月25日 - Cryo-EM structures of thermostabilized prestin provide mechanistic insights underlying outer hair cell electromotility
Haon Futamata, Masahiro Fukuda, Rie Umeda, Keitaro Yamashita, Atsuhiro Tomita, Satoe Takahashi, Takafumi Shikakura, Shigehiko Hayashi, Tsukasa Kusakizako, Tomohiro Nishizawa, Kazuaki Homma, Osamu Nureki
Nature Communications 13(6208) 2022年10月20日 - Ion transfer mechanisms in Mrp-type antiporters from high resolution cryoEM and molecular dynamics simulations
Yongchan Lee, Outi Haapanen, Anton Altmeyer, Werner Kühlbrandt, Vivek Sharma, Volker Zickermann
Nature Communications 13(1) 2022年10月14日 - Structure and function of H+/K+ pump mutants reveal Na+/K+ pump mechanisms
Victoria C. Young, Hanayo Nakanishi, Dylan J. Meyer, Tomohiro Nishizawa, Atsunori Oshima, Pablo Artigas, Kazuhiro Abe
Nature Communications 13(1) 2022年9月9日 - Structural insights into inhibitory mechanism of human excitatory amino acid transporter EAAT2
Takafumi Kato, Tsukasa Kusakizako, Chunhuan Jin, Xinyu Zhou, Ryuichi Ohgaki, LiLi Quan, Minhui Xu, Suguru Okuda, Kan Kobayashi, Keitaro Yamashita, Tomohiro Nishizawa, Yoshikatsu Kanai, Osamu Nureki
Nature Communications 13(1) 2022年8月11日
研究室概要
生体膜ダイナミクス研究室は2021年に研究室を開設し、クライオ電子顕微鏡を用いた膜タンパク質の構造解析を主として扱っています。
我々の研究対象である膜タンパク質「トランスポーター」は、細胞外からモノを取り込んだり、細胞内の代謝産物を他の離れたコンパートメントへ輸送する物質で、私たちはこのような膜タンパク質の様々な機能を明らかにするための研究を進めています。
スタッフ紹介
西澤 知宏
東京大学大学医科学研究所研究員、東京大学大学院理学系研究科・助教・准教授を経て、2021年4月横浜市立大学大学院生命医科学研究科教授。
李 勇燦
日本学術振興会特別研究員、マックスプランク生物物理学研究所博士研究員を経て、2021年5月から横浜市立大学助教。
研究紹介
膜輸送体、受容体の分子機構の解明
クライオ電子顕微鏡は生体分子のフレキシブルな動きを含めて解析することができることから、脂質や糖の輸送体、あるいはGPCRのような受容体が、リガンドの結合や外部刺激によって生じる構造変化の詳細を明らかにすることで、そのはたらきを理解することを目指します。
また、これらの分子は創薬標的であることが多く、その薬剤の結合様式や作動機構を知ることで、効率的なドラッグデザインのための情報を提供することも目指します。
膜タンパク質と脂質膜相互作用の理解
膜タンパク質は脂質分子と直接相互作用したりして、脂質膜の形態を変化させたりすることができます。
細胞接着や、細胞融合に関わる膜タンパク質が脂質膜中でどのようにはたらいているのか、脂質膜のリモデリングや形態変化を含めてクライオ電子顕微鏡による観察から明らかにすることを目指します。
主要文献
- Membrane structure-responsive lipid scrambling by TMEM63B to control plasma membrane lipid distribution.
Yugo Miyata, Katsuya Takahashi, Yongchan Lee, Cheryl S. Sultan, Risa Kuribayashi, Masatomo Takahashi, Kosuke Hata, Takeshi Bamba, Yoshihiro Izumi, Kehong Liu, Tomoko Uemura, Norimichi Nomura, So Iwata, Shigekazu Nagata, Tomohiro Nishizawa & Katsumori Segawa
Nature Structural & Molecular Biology 2024年10月18日 - The unique allosteric property of crocodilian haemoglobin elucidated by cryo-EM
Katsuya Takahashi, Yongchan Lee, Angela Fago, Naim M. Bautista, Jay F. Storz, Akihiro Kawamoto, Genji Kurisu, Tomohiro Nishizawa & Jeremy R. H. Tame
Nature communications 15, 6505 2024年8月2日 - Cryo-EM structures elucidate the multiligand receptor nature of megalin.
Sawako Goto, Akihisa Tsutsumi, Yongchan Lee, Michihiro Hosojima, Hideyuki Kabasawa, Koichi Komochi, Satoru Nagatoishi, Kazuya Takemoto, Kouhei Tsumoto, Tomohiro Nishizawa …
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 121(22) e2318859121 2024年5月28日 - Structure of the human Bre1 complex bound to the nucleosome.
Shuhei Onishi, Kotone Uchiyama, Ko Sato, Chikako Okada, Shunsuke Kobayashi, Keisuke Hamada, Tomohiro Nishizawa, Osamu Nureki, Kazuhiro Ogata, Toru Sengoku
Nature communications 15(1) 2580-2580 2024年3月22日 - Bicarbonate signalling via G protein-coupled receptor regulates ischaemia-reperfusion injury.
Airi Jo-Watanabe, Toshiki Inaba, Takahiro Osada, Ryota Hashimoto, Tomohiro Nishizawa, Toshiaki Okuno, Sayoko Ihara, Kazushige Touhara, Nobutaka Hattori, Masatsugu Oh-Hora …
Nature communications 15(1) 1530-1530 2024年2月27日 - Twisting and Protonation of Retinal Chromophore Regulate Channel Gating of Channelrhodopsin C1C2
Keisei Shibata, Kazumasa Oda, Tomohiro Nishizawa, Yuji Hazama, Ryohei Ono, Shunki Takaramoto, Reza Bagherzadeh, Hiromu Yawo, Osamu Nureki, Keiichi Inoue …
Journal of the American Chemical Society 145(19) 10779-10789 2023年5月2日 - Microcrystal electron diffraction (MicroED) structure determination of a mechanochemically synthesized co-crystal not affordable from solution crystallization
Toshiyuki Sasaki, Takanori Nakane, Akihiro Kawamoto, Tomohiro Nishizawa, Genji Kurisu
CrystEngComm 2023年 - Cryo-EM structures of thylakoid-located voltage-dependent chloride channel VCCN1
Tatsuya Hagino, Takafumi Kato, Go Kasuya, Kan Kobayashi, Tsukasa Kusakizako, Shin Hamamoto, Tomoaki Sobajima, Yuichiro Fujiwara, Keitaro Yamashita, Hisashi Kawasaki, Andrés D. Maturana, Tomohiro Nishizawa, Osamu Nureki
Nature Communications 13(1) 2022年12月 - RNA-triggered protein cleavage and cell growth arrest by the type III-E CRISPR nuclease-protease.
Kazuki Kato, Sae Okazaki, Cian Schmitt-Ulms, Kaiyi Jiang, Wenyuan Zhou, Junichiro Ishikawa, Yukari Isayama, Shungo Adachi, Tomohiro Nishizawa, Kira S Makarova, Eugene V Koonin, Omar O Abudayyeh, Jonathan S Gootenberg, Hiroshi Nishimasu
Science (New York, N.Y.) 378(6622) 882-889 2022年11月25日 - Cryo-EM structures of thermostabilized prestin provide mechanistic insights underlying outer hair cell electromotility
Haon Futamata, Masahiro Fukuda, Rie Umeda, Keitaro Yamashita, Atsuhiro Tomita, Satoe Takahashi, Takafumi Shikakura, Shigehiko Hayashi, Tsukasa Kusakizako, Tomohiro Nishizawa, Kazuaki Homma, Osamu Nureki
Nature Communications 13(6208) 2022年10月20日 - Ion transfer mechanisms in Mrp-type antiporters from high resolution cryoEM and molecular dynamics simulations
Yongchan Lee, Outi Haapanen, Anton Altmeyer, Werner Kühlbrandt, Vivek Sharma, Volker Zickermann
Nature Communications 13(1) 2022年10月14日 - Structure and function of H+/K+ pump mutants reveal Na+/K+ pump mechanisms
Victoria C. Young, Hanayo Nakanishi, Dylan J. Meyer, Tomohiro Nishizawa, Atsunori Oshima, Pablo Artigas, Kazuhiro Abe
Nature Communications 13(1) 2022年9月9日 - Structural insights into inhibitory mechanism of human excitatory amino acid transporter EAAT2
Takafumi Kato, Tsukasa Kusakizako, Chunhuan Jin, Xinyu Zhou, Ryuichi Ohgaki, LiLi Quan, Minhui Xu, Suguru Okuda, Kan Kobayashi, Keitaro Yamashita, Tomohiro Nishizawa, Yoshikatsu Kanai, Osamu Nureki
Nature Communications 13(1) 2022年8月11日