ヒト膜タンパク質のダイナミックな動きを高感度でとらえる技術を開発ー創薬標的分子が機能するメカニズムの解明に期待ー

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2026-09-25 東京大学

東京大学・理化学研究所・千葉大学・大阪大学の研究チームは、創薬標的として重要なヒト膜タンパク質の動的な構造変化を、核磁気共鳴(NMR)法によって高感度・原子分解能で観測する技術を開発した。膜タンパク質は創薬標的の約半数を占める一方、細胞膜に存在するため、溶液中での構造や動きを詳細に解析することが難しかった。研究チームは、膜タンパク質を高効率に生産できるヒト細胞を利用し、従来困難だった高度な重水素標識技術を開発した。これによりNMR測定の感度を従来の約4倍まで高め、膜タンパク質の動的な挙動を高精度に捉えることに成功した。本技術は、タンパク質がどのように構造を変化させて機能するのかを分子レベルで理解するのに役立つほか、生きた細胞内のタンパク質を解析する「インセルNMR」への応用も可能である。創薬標的の作用機構解明や新薬開発に向けた構造・機能解析への応用が期待される。

ヒト膜タンパク質のダイナミックな動きを高感度でとらえる技術を開発ー創薬標的分子が機能するメカニズムの解明に期待ー
NMR 測定に向けたヒト細胞を用いた重水素標識法の開発

<関連情報>

膜タンパク質のNMR研究のための哺乳類細胞における高レベル重水素化 High-Level Deuteration in Mammalian Cells for NMR Studies of Membrane Proteins

Taiga Yamamoto;Yutaka Kofuku;Yutaro Ogaeri;Qingci Zhao;Noritaka Nishida;Takumi Ueda;Yuki Toyama;Ichio Shimada;Koh Takeuchi
Journal American Chemical Society  Published:September 28, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/jacs.6c11086

Abstract

Membrane proteins and their complexes play essential roles in various biological processes and are, therefore, major targets in drug development. Although atomic-resolution structures of many membrane proteins are available, probing their function-associated dynamics remains essential to understand their molecular mechanisms. In this study, we developed an isotope-labeling method using mammalian cells for high-sensitivity NMR studies of membrane proteins and their complexes. Using Expi293F cells, we established a strategy to achieve high-level (>70%) deuteration and 13C-methyl selective labeling. An application to a human GPCR, β2-adrenergic receptor (β2AR), resulted in marked line narrowing and a three- to four-fold increase in the S/N ratio. We also found that the inverse agonist-bound β2AR adopted three distinct conformations, one of which has not been clearly identified without the extensive deuteration. Furthermore, the strategy enables the NMR detection of the human membrane protein complex CD19-CD81, an essential co-receptor in B-cell activation, validating their stable interaction. The strategy developed here substantially expands the utility of NMR for various biological and pharmacological studies that require mammalian cell systems.

有機化学・薬学
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