細胞増殖制御因子としてのアミノ酸によるラパマイシン標的蛋白mTORの活性制御機構

• Project/Area Number: 10770063
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Pathological medical chemistry
• Research Institution: Kobe University
• Principal Investigator: 原 賢太 神戸大学, バイオシグナル研究センター, 助手 (70294254)
• Project Period (FY): 1998 – 1999
• Project Status: Completed (Fiscal Year 1999)
• Budget Amount: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000); Fiscal Year 1999: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000); Fiscal Year 1998: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: アミノ酸 / インスリン / mTORキナーゼ / 蛋白合成 / 細胞増殖 / p70S6キナーゼ / eIF-4E BP-1 / eIF-4EBP-1

Research Abstract

免疫抑制剤ラパマイシンのターゲットとして発見された蛋白リン酸化酵素mTORは、p70S6キナーゼ(p70)やeIF-4E BP1(4EBP1)といった蛋白合成・細胞増殖の制御に関わる分子のリン酸化及び活性化に必須の細胞内情報伝達分子である。このmTORは、哺乳細胞が細胞環境に存在するアミノ酸バランスを感知し、細胞周期移行を制御する過程に深く関与していると考えられている。
本研究において以下のような成果を得た。
1)mTORによるp70活性化機構に関する成果:in vitroにおいて、mTORはp70を直接リン酸化し、さらにp70の酵素活性を活性化する。その主なリン酸化部位は412番のスレオニン残基であり、このリン酸化部位はp70の活性化に必須のリン酸化部位である。また、mTORでリン酸化された後に、インスリン等の細胞増殖因子で活性化される3-phospoinsitide dependent protein kinase 1(PDK1)によってリン酸化されると、p70はsynergisticに強く活性化される。
2)mTOR結合蛋白の検索に関する成果:アフィニティーカラム等を用いた蛋白精製と質量分析計を用いた蛋白解析を行い、mTORに結合している可能性のある3種の蛋白、p200、p150、p40を同定し、また、p40はメチル化酵素である可能性が得られた。
上記成果のもたらす意義:成果1)はインスリンなどの細胞増殖因子による細胞内情報伝達経路とmTORによる情報伝達経路は別の経路として存在し、生体内でアミノ酸により惹起されるシグナルが、インスリンなど細胞増殖因子によって惹起されるシグナルに対してプライミングシグナルとして機能しているという考えを強く示唆する結果と考えられる。成果2)で得られた蛋白は、新しいmTORのエフェクター分子あるいは mTORの酵素活性をアミノ酸バランスの変化に対応して制御する分子である可能性があり、今後更に解析を続ける予定である。

Research Products

• [Publications] Nanahoshi M.: "Alpha4 protein as a common regulator of type 2A-related serine/threonin protein phosphatases"FEBS Let.. 446・1. 108-112 (1999)
• [Publications] Shigemitsu K.: "Structural requirement of leucine for activation of p70 S6 kinase"FEBS Let.. 447・2-3. 303-306 (1999)
• [Publications] Isotani S.: "Immunopurified mammalian target of repamycin phosphorylates and activates p70 S6 kinase α in vitro"J.Biol.Chem.. 274・48. 34493-34498 (1999)
• [Publications] Parekh D.: "Mammalian TOR controls one of two kinase pathways acting upon nPKCδ and nPKCε"J.Biol.Chem.. 274・49. 34758-34764 (1999)
• [Publications] Hara K.: "Amine acid sufficiency and mTOR regulate p70 S6 kinase and elF-4E BPI through a common effector mechanism." J.Biol.Chem.273・23. 14484-14494 (1998)
• [Publications] Nanahoshi M.: "Regulation of protein phosphatase 2A catalytic activity by alpha4 protein and its yeast homolog Tap42." Biochem.Biophys.Res.Commun.251・2. 520-526 (1998)
• [Publications] Gout I.: "Molecular cloning and characterization of a novel p70 S6 kinase,p70 S6 kinase containing a proline-rich domain." J.Biol.Chem.273・46. 30061-30064 (1998)
• [Publications] Nishiuma T.: "Characterization of the phosphoproteins and protein kinase activity in mTOR immunoprecipitates." Biochem.Biophys.Res.Commun.252・2. 440-444 (1998)
• [Publications] Shigemitu,K.: "Regulation of translational effecters by amino acid and mTOR signaling pathway:Possible involvement of autophagy in cultured hepatoma cells." J.Biol.Chem.274・2. 1058-1065 (1999)
• [Publications] Nanahoshi M.: "Alpha4 protein as a common regulator of type 2A-related serine/threonin protein phosphatases." FEBS Let.(in press).
• [Publications] Shigemitsu K.: "Structural requirement of leucine for activation of p70 S6 kinase." FEBS Let.(in press).