細胞増殖抑制分子p27の分解機構の研究

• 研究課題/領域番号: 12213097
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 中山 敬一 九州大学, 生体防御医学研究所, 教授 (80291508)
• 研究分担者: 畠山 鎮次 九州大学, 生体防御医学研究所, 助教授 (70294973) ; 北川 雅敏 九州大学, 浜松医科大学・医学部, 教授 (50294971)
• 研究期間 (年度): 2000 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 56,200千円 (直接経費: 56,200千円); 2004年度: 11,700千円 (直接経費: 11,700千円); 2003年度: 11,700千円 (直接経費: 11,700千円); 2002年度: 12,000千円 (直接経費: 12,000千円); 2001年度: 10,800千円 (直接経費: 10,800千円); 2000年度: 10,000千円 (直接経費: 10,000千円)
• キーワード: 細胞周期 / CDKインヒビター / p27 / ユビキチン / SCF複合体 / Skp2 / KPC / タンパク分解 / ユビキチンリガーゼ / CRM1 / ユビキチン化 / G0-G1移行期 / ノックアウトマウス / RING finger / サイクリンE / p27Kip1

研究概要

休止状態(G0期)から細胞周期(G1期)への再進入(G0-G1移行と呼ぶ)は細胞周期のブレーキ分子p27によって妨げられており、これは増殖時にp27が分解されることによって解除される。p27の分解はユビキチン・プロテアソーム系によって行われていることがわかっており、その酵素の主体はユビキチンリガーゼ(E3)であるSCF/Skp2であると信じられてきた。しかしながらわれわれの研究結果は、G0-G1移行期にp27の分解がSCF/Skp2で行われているという広く受け入れられている仮説に対して、いくつかの矛盾を生じている。まずSkp2の発現がp27の分解よりもはるかに遅いこと(時間的矛盾)、Skp2が常時核内に存在するのに対し、p27は核から排出後に細胞質で破壊されること(空間的矛盾)、さらにSkp2ノックアウトマウスにおいてもp27のG0-G1移行期における分解は正常に起こること(遺伝学的矛盾)があり、G0-G1移行期におけるp27の分解はSkp2以外の系によって担われていることが明らかになった。
われわれはG0-G1移行期におけるp27の分解を引き起こすユビキチン化酵素本体の解明を目指してユビキチン化活性を指標に酵素の生化学的精製を行い、新規ユビキチン化酵素KPCを発見した。KPCはKPC1とKPC2からなる複合体であり、予想通り、細胞質に局在し、過剰発現ではp27の分解が促進するのに対し、ドミナントネガティブ変異体の発現ではp27の分解が遅延する。またKPC1のRNAiによってp27の分解は遅延する。これらの結果は、G0-G1移行期においてp27がまず核外へ排出され、そこでKPCによるユビキチン化を受けるが、S-G2期ではp27は核内でSkp2によるユビキチン化を受けることを示している。
われわれはこのKPCの生物学的な作用を細胞レベル・個体レベルで解析し、その調節機構を明らかにした上で、KPCの活性を促進するような遺伝子治療法または薬剤の探索を行い、最終的には全く新しい分子基盤に基づく抗癌剤の開発を目指している。

研究成果

• [雑誌論文] Cytoplasmic ubiquitin ligase KPC regulates proteolysis of p27Kip1 at G1 phase. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kamura, T.et al., Nakayama, K.I.
  • 雑誌名: Nature Cell Biol. 6 ページ: 1229-1235
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] VHL-box and SOCS-box domains determine binding specificity for Cul2-Rbx1 and Cul5-Rbx2 modules of ubiquitin ligases. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kamura, T.et al., Nakayama, K.I.
  • 雑誌名: Genes Dev. 18 ページ: 3055-3065
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Skp2-mediated degradation of p27 regulates progression into mitosis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Nakayama, K.et al., Nakayama, K.I.
  • 雑誌名: Dev.Cell 6 ページ: 661-672
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Cytoplasmic ubiquitin ligase KPC regulates proteolysis of p27^<Kip1> at G1 phase. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kamura, T., Hara, T., Matsumoto, M., Ishida, N., Okumura, F., Hatakeyama, S., Yoshida, M., Nakayama, K., Nakayama, K.I.
  • 雑誌名: Nature Cell Biol. 6 ページ: 1229-1235
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] VHL-box and SOCS-box domains determine binding specificity for Cul2-Rbx1 and Cul5-Rbx2 modules of ubiquitin ligases. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kamura, T., Maenaka, K., Kotoshiba, S., Matsumoto, M., Kohda, D., Conaway, R.C., Conaway, J.W., Nakayama, K.I.
  • 雑誌名: Genes Dev. 18 ページ: 3055-3065
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Skp2-mediated degradation of p27 regulates progression into mitosis. (2004)
  • 著者名/発表者名: Nakayama, K., Nagahama, H., Minamishima, Y.A., Miyake, S., Ishida, N., Hatakeyama, S., Kitagawa, M., Iemura, S., Natsume, T., Nakayama, K.I.
  • 雑誌名: Dev.Cell 6 ページ: 661-672
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Phosphorylation- dependent degradation of c-Myc is mediated by the F-box protein Fbw7. (2004)
  • 著者名/発表者名: Yada, M., Hatakeyama, S., Kamura, T., Nishiyama, M., Tsunematsu, R., Imaki, H., Ishida, N., Okumura, F., Nakayama, K., Nakayama, K.I.
  • 雑誌名: EMBO J. 23 ページ: 2116-2125
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Molecular clearance of ataxin-3 is regulated by a mammalian E4. (2004)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, M.et al., Nakayama, K.I.
  • 雑誌名: EMBO J. 23 ページ: 659-669
• [雑誌論文] Phosphorylation-dependent degradation of c-Myc is mediated by the F-box protein Fbw7. (2004)
  • 著者名/発表者名: Yada, M.et al., Nakayama, K.I.
  • 雑誌名: EMBO J. 23 ページ: 2116-2125
• [雑誌論文] Early embryonic death in mice lacking the β-catenin-binding protein Duplin. (2004)
  • 著者名/発表者名: Nishiyama, K.et al., Nakayama, K.I.
  • 雑誌名: Mol.Cell.Biol. 24 ページ: 8386-8394
• [雑誌論文] Inherent calcineurin inhibitor FKBP38 targets Bcl-2 to mitochondria and inhibits apoptosis. (2003)
  • 著者名/発表者名: Shirane, M., Nakayama, K.I.
  • 雑誌名: Nature Cell Biol. 5 ページ: 28-37
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Degradation of p57^<Kip2> mediated by SCF^<skp2>-dependent ubiquitylation. (2003)
  • 著者名/発表者名: Kamura, T., Hara, T., Kotoshiba, S., Yada, M., Ishida, N., Imaki, H., Hatakeyama, S., Nakayama, K., Nakayama, K.I.
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci.USA 100 ページ: 10231-10236
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Impaired degradation of inhibitory subunit of NF-KB (IKB) and 3- catenin as a result of targeted disruption of the p-TrCP1 gene. (2003)
  • 著者名/発表者名: Nakayama, K., Hatakeyama, S., Maruyama, S., Kikuchi, A., Onoe, K., Good, R.A., Nakayama, K.I.
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci.USA 100 ページ: 8752-8757
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Inherent calcineurin inhibitor FKBP38 targets BcI-2 to mitochondria and inhibits apoptosis. (2003)
  • 著者名/発表者名: Shirane, M., Nakayama, K.I.
  • 雑誌名: Nature Cell Biol. 5 ページ: 28-37
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Increased proliferation of B cells and auto-immunity in mice lacking protein kinase Cdelta. (2002)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto, A.et al., Nakayama, K.I.
  • 雑誌名: Nature 416 ページ: 865-869
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Increased proliferation of B cells and auto-immunity in mice lacking protein kinase Co. (2002)
  • 著者名/発表者名: Miyamoto, A., Nakayama, K., Imaki, H., Hirose, S., Jiang, Y., Abe, M., Tsukiyama, T., Nagahama, H., Ohno, S., Hatakeyama, S., Nakayama, K.I.
  • 雑誌名: Nature 416 ページ: 865-869
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Targeted disruption of Skp2 results in accumulation of cyclin E and p27Kip1, polyploidy and centrosome overduplication. (2000)
  • 著者名/発表者名: Nakayama, K.et al., Hatakeyama, S.
  • 雑誌名: EMBO J. 19 ページ: 2069-2081
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Aberrant cell cycle checkpoint function and early embryonic death in Chk1^<-/-> mice. (2000)
  • 著者名/発表者名: Takai, H., Tominaga, K., Motoyama, N., Minamishima, Y.A., Nagahama, H., Tsukiyama, T., Ikeda, K., Nakayama, K., Nakanishi, N., Nakayama, K.I.
  • 雑誌名: Genes Dev. 14 ページ: 1439-1447
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Targeted disruption of Skp2 results in accumulation of cyclin E and p27^<kip1>, polyploidy and centrosome overduplication. (2000)
  • 著者名/発表者名: Nakayama, K., Nagahama, H., Minamishima, Y.A., Matsumoto, M., Nakamichi, I., Kitagawa, K., Shirane, M., Tsunematsu, R., Tsukiyama, T., Ishida, N., Kitagawa, M., Nakayama, K.I., Hatakeyama, S.
  • 雑誌名: EMBO J. 19 ページ: 2069-2081
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] 決定版!プロテオーム解析マニュアル(礒辺俊明, 高橋信弘編) (2004)
  • 著者名/発表者名: 松本雅記, 中山敬一
  • 総ページ数: 8
  • 出版者: 羊土社(東京)
• [図書] 細胞周期がわかる(中山 敬一・編) (2001)
  • 著者名/発表者名: 中山 敬一
  • 総ページ数: 140
  • 出版者: 羊土社(東京)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [産業財産権] 血糖調節障害の予防・治療剤,及びそれらのスクリーニング方法 (2004)
  • 発明者名: 春日 雅人, 中山 敬一, 他
  • 権利者名: 神戸大学長 野上 智行
  • 産業財産権番号: 2004-037439
  • 出願年月日: 2004-02-13
• [産業財産権] 新規ユビキチンリガーゼ (2002)
  • 発明者名: 中山 敬一, 嘉村 巧
  • 権利者名: 協和醗酵工業株式会社
  • 産業財産権番号: 2002-156257
  • 出願年月日: 2002-05-29
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [産業財産権] サイクリンEをユビキチン化分解するユビキチンリガーゼSCF複合体のF-ボックスタンパク (2000)
  • 発明者名: 中山 敬一他3名
  • 権利者名: 科学技術振興機構
  • 産業財産権番号: 2000-036372
  • 出願年月日: 2000-02-15
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] Nakayama, K., et al., Nakayama, K.I.: "Impaired degradation of inhibitory subunit of NF-κB (IκB) and β-catenin as a result of targeted disruption of the β-TrCP1 gene"Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 100(15). 8752-8757 (2003)
• [文献書誌] Kamura, T.et al., Nakayama, K.I.: "Degradation of p57^<Kip2> mediated by SCF^<Skp2>-dependent ubiquitylation"Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 100(18). 10231-10236 (2003)
• [文献書誌] Imaki, H.et al., Nakayama, K.I.: "Cell cycle-dependent regulation of the Skp2 promoter by GA-binding protein"Cancer Res.. 63(15). 4607-4613 (2003)
• [文献書誌] Tsunematsu, et al., Nakayama, K.I.: "Mouse Fbw7/Sel-10/Cdc4 is required for notch degradation during vascular development"J.Biol.Chem.. 279(10). 9417-9423 (2004)
• [文献書誌] Matsumoto, M., et al., Nakayama, K.I.: "Molecular clearance of ataxin-3 is regulated by a mammalian E4"EMBO J.. 23(3). 659-669 (2004)
• [文献書誌] Ohtsuka, T., et al., Nakayama, K.I., Lee, S.W.: "ASC is a Bax adaptor and regulates the p53-Bax mitochondrial apoptosis pathway"Nature Cell Biol.. 6(2). 121-128 (2004)
• [文献書誌] Minamishima, Y.A. et al.: "Recovery of liver mass without proliferation of hepatocytes after partial hepatectomy in Skp2-deficient mice"Cancer Res.. 62. 995-999 (2002)
• [文献書誌] Yoshida, K. et al.: "Involvement of p27^<KIP1> degradation by Skp2 in the regulation of proliferation in response to wounding of corneal epithelium"Invest. Ophthalmol. Vis. Sci.. 43. 364-370 (2002)
• [文献書誌] Koguchi, K. et al.: "Modulation of astrocyte proliferation by cyclin-dependent kinase inhibitor p27Kip1"Glia. 37. 93-104 (2002)
• [文献書誌] Ikebe, C. et al.: "Isolation and characterization of a novel-F-Box protein Pof10 in fission yeast"Biochem. Biophys. Res. Commun.. 290. 1399-1407 (2002)
• [文献書誌] Yamanaka, A. et al.: "Multiple Skp1-related proteins in Caenorhabditis elegans. Diverse patterns of interaction with Cullins and F-box proteins"Curr. Biol.. 12. 267-275 (2002)
• [文献書誌] Kanematsu, T. et al.: "Role of the PLC-related, catalytically inactive protein p130 in GABA_A receptor function"EMBO J.. 21. 1004-1011 (2002)
• [文献書誌] Miyamoto A. et al.: "Increased proliferation of B cells and auto-immunity in mice lacking protein kinase Cδ"Nature. 416. 865-869 (2002)
• [文献書誌] Masuda T. et al.: "Clinical and biological significance of S-phase kinase-associated protein 2 (Skp2) gene expression in gastric carcinoma : modulation of malignant phenotype by Skp2 overexpression, possibly via p27"Cancer Res.. 62. 3819-3825 (2002)
• [文献書誌] Imai, Y. et al.: "CHIP is associated with Parkin, a gene responsible for familial Parkinson's disease, and enhances its ubiquitin ligase activity"Mol. Cell. 10. 55-67 (2002)
• [文献書誌] Garcia-Fernandez. et al.: "Aplidin induces the mitochondrial apoptotic pathway via oxidative stress-mediated JNK and p38 activation and protein kinase Cδ"Oncogene. 21. 7533-7544 (2002)
• [文献書誌] Nakamichi I. et al.: "Formation of Mallory body-like Inclusions and cell death induced by deregulated expression of keratin 18"Mol. Biol. Cell. 13. 3411-3451 (2002)
• [文献書誌] Shimoda K. et al.: "Tyk2 is required for the induction and nuclear translocation of Daxx which regulates IFN-α-induced suppression of B lymphocyte formation"J. Immunol. I. 169. 4707-4711 (2002)
• [文献書誌] Seto Y.et al.: "Enhanced Th2 cell-mediated allergic inflammation in Tyk2-deficient mice"J. Immunol. 170. 1077-1083 (2002)
• [文献書誌] Kaneko C. et al.: "Characterization of the mouse gene for the U-box-type ubiquitin ligase UFD2a"Biochem. Biophys. Res. Commun.. 300. 297-304 (2002)
• [文献書誌] Tomari SI et al.: "Glomerular differentiation in p27 and p57 double-mutant metanephroi"Anat. Embryol.. 206. 31-36 (2002)
• [文献書誌] Shirane M. et al.: "Inherent calcineurin inhibitor FKBP38 targets Bcl-2 to mitochondria and inhibits apoptosis"Nature Cell Biol.. 5. 28-63 (2002)
• [文献書誌] Shimoda, K. et al.: "Partial impairment of interleukin-12 (IL-12) and IL-18 signaling in Tyk2-deficient mice"Blood. 99. 2094-2099 (2002)
• [文献書誌] Ishida N. et al.: "Phosphorylation of p27^<Kip1> on serine 10 is required for its binding to CRM1 and nuclear export"J. Biol. Chem.. 277. 14355-14358 (2002)
• [文献書誌] Hara, T.: "Degradation of p27^<Kip1> at the G0-G1 transition mediated by a Skp2-independent ubiquitination pathway"J. Biol. Chem.. 276. 48937-48943 (2001)
• [文献書誌] Malek, N. P.: "A mouse knock-in model exposes sequential proteolytic pathways that regulate p27^<Kip1> in G1 and S phase"Nature. 413. 323-327 (2001)
• [文献書誌] Tsukiyama, T.: "Down-regulation of p27^<Kip1> expression is required for development and function of T cells"J. Immunol.. 166. 304-312 (2001)
• [文献書誌] Nagahama, H.: "Spatial and temporal expression patterns of the cyclin-dependent kinase (CDK) inhibitors p27^<Kip1> and p57^<Kip2> during mouse development"Anat. Embryol.. 203. 77-87 (2001)
• [文献書誌] Minamishima, A. Y: "Recovery of liver mass without proliferation of hepatocytes after partial hepatectomy in Skp2-deficient mice"Cancer Res.. 62. 995-999 (2002)
• [文献書誌] Miyamoto, A.: "Increased proliferation of B cells and autoimmunity in mice lacking protein kinase Cδ"Nature. (in press). (2002)
• [文献書誌] Nakayama K.: "Targeted disruption of Skp2 results in accumulation of cyclin E and p27Kip1, polyploidy and centrosome overduplication"EMBO J.. 19. 2069-2081 (2000)
• [文献書誌] Tsukiyama,T.: "Down-regulation of p27Kip1 expression is required for development and function of T cells"J.Immunol.. 166. 304-312 (2001)
• [文献書誌] Takai,H.: "Aberrant cell cycle checkpoint function and early embryonic death in Chk1-/-mice"Genes Dev.. 14. 1439-1447 (2000)
• [文献書誌] Shimoda,K.: "Tyk2 plays a restricted role in IFNα signaling, although it is required fo IL-12-mediated T cell function"Immunity. 13. 561-571 (2000)
• [文献書誌] Yamanaka,A.: "Cell cycle-dependent expression of mammalian E2-C regulated by the anaphase-promoting Complex/Cy closome"Mol.Biol.Cell. 11. 2821-2831 (2000)
• [文献書誌] Tojima,Y.: "NAK is an IκB kinase-activating kinase."Nature. 404. 778-782 (2000)