タンパク質の誤局在、過剰産生ストレスに対する膜構造変化を伴う細胞応答

• Project/Area Number: 17028021
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Hamamatsu University School of Medicine
• Principal Investigator: 小田 敏明 浜松医科大学, 医学部, 助教授 (90126805)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 北川 雅敏 浜松医科大学, 医学部, 教授 (50294971) ; 内田 千晴 浜松医科大学, 医学部, 助手 (60223567)
• Project Period (FY): 2005 – 2006
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2006)
• Budget Amount: ¥5,800,000 (Direct Cost: ¥5,800,000); Fiscal Year 2006: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000); Fiscal Year 2005: ¥2,900,000 (Direct Cost: ¥2,900,000)
• Keywords: タンパク質過剰発現 / クリスタロイド小胞体 / オルガネラ移行配列 / 誘導性小胞体膜 / 細胞応答 / タンパク質過剰産生ストレス / タンパク質の質と量の制御 / ユビキチン化

Research Abstract

培養細胞に小胞体膜タンパク質を過剰発現させると細胞内に特殊な膜構造物(クリスタロイド小胞体、cER)が誘導されることが知られているが、私は偶然、ミトコンドリア(Mt)移行前駆体酵素(SPT45K)を過剰発現させたときにも同様の膜構造が誘導されることを見出した。小胞体(ER)内腔局在性GFPをレポータータンパクとして使用し、過剰発現によるcER形成能を各タンパク質で定量的に評価したところ、すでに報告のあるアルデヒド脱水素酵素(ALDH)、またSPT45K以外に他のMtマトリックス移行前駆体タンパク質(pOTC, pAd)もER凝集物形成を誘導することが明らかとなった。また、ALDHのER局在化配列をEYFPのC末に連結したキメラタンパク質はこれまでにはない非常に強力なER凝集物誘導能を有していた。ALDH, SPT45KによるcERの誘導は、それらのオルガネラ移行配列を欠失したタンパク質ではまったく引き起こされないので、タンパク質の構造に依存していることはもちろんであるが、更にその発現量にも依存していた。すなわち、細胞は細胞質におけるタンパク質の質と量を認識して、それに応じた新規の小胞体膜構造物を誘導する応答系を有していると解釈された。
本研究では細胞質におけるタンパク質の過剰発現を研究対象としており、ER内腔でのタンパク質の過剰発現により引き起こされる変性タンパク質応答(UPR)とはその発現場所が異なっている。実際、cERを誘導する条件ではUPRは作動していないことがルシフェラーゼを用いたレポーターアッセイ系で確かめられた。また、「ヒートショック応答」も作動していないという結果であった。cERの形成は従来考えられてきた「ER膜タンパク質の過剰発現による人工産物」というよりも、もっと積極的に生理的意味を持つもの(たとえば、変性しやすいタンパク質の過剰蓄積による細胞毒性の緩和など)ではないかと考えられた。

Research Products

• [Journal Article] Up-regulation of GPR48 induced by down-regulation of p27Kip1 enhances carcinoma cell invasiveness and metastasis. (2006)
  • Author(s): Gao, Y.
  • Journal Title: Cancer Res. 66 Pages: 11623-11631
• [Journal Article] Degradation of Tob1 mediated by SCFSkp2-dependent ubiquitination (2006)
  • Author(s): Hiramatsu, Y.
  • Journal Title: Cancer Res. 66 Pages: 8477-8483
• [Journal Article] Ubiquitin-dependent degradation of SnoN and Ski is increased in renal fibrosis induced by obstructive injury (2006)
  • Author(s): Fukasawa, H.
  • Journal Title: Kidney Int. 69 Pages: 1733-1740
• [Journal Article] Effect of MdmX on Mdm2-mediated downregulation of pRB (2006)
  • Author(s): Uchida, C.
  • Journal Title: FEBS Letters 580 Pages: 1753-1758
• [Journal Article] Ubiquitin-dependent degradation of adenovirus ElA protein is inhibited by BS69 (2006)
  • Author(s): Isobe, T.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. 339 Pages: 367-374
• [Journal Article] MdmZ-mediated pRB downregulation is involved in carcinogenesis in a p53-independent manner (2006)
  • Author(s): Miwa, S.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. 430 Pages: 54-61
• [Journal Article] Generation of a constitutively active mutant of human GPR48/LGR4, a G-protein-coupled receptor (2006)
  • Author(s): Gao, Y.
  • Journal Title: Hokkaido J. Med. Sci. 81 Pages: 101-109
• [Journal Article] Mdm2-mediated pRB downregulation is involved in carcinogenesis in a p53-independent manner. (2006)
  • Author(s): Miwa, S., Uchida, C., Kitagawa, K., Hattori, T., Oda, T., Sugimura, H., Yasuda, H., Nakamura, H.Chida K., Kitagawa, M.
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun. 340 Pages: 54-61
• [Journal Article] Ubiquitin-dependent degradation of adenovirus E1A protein is inhibited by BS69. (2006)
  • Author(s): Isobe, T., Uchida, C., Hattori, T., Kitagawa, K., Oda, T., Kitagawa, M.
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun. 339 Pages: 367-374
• [Journal Article] Transcriptional induction of Smurf2 ubiquitin ligase by TGF-b. (2005)
  • Author(s): Ohashi, N., Yamamoto, T., Uchida, C., Togawa, A., Fukasawa, H., Fujigaki, Y., Suzuki, S., Kitagawa, K., Hattori, T., Oda, T., Hayashi, H., Hishida, A., Kitagawa, M
  • Journal Title: FEBS Letters 579 Pages: 2557-2563
• [Journal Article] Enhanced Mdm2 activity inhibits pRB function via ubiquitin-dependent degradation. (2005)
  • Author(s): Uchida C., Miwa S., Kitagawa K., Hattori T., Isobe T., Otani S., Oda T., Sugimura H., Kamijo T., Ookawa K., Yasuda H., Kitagawa M.
  • Journal Title: EMBO J. 24 Pages: 160-169
• [Journal Article] Ubiquitin-dependent degradation of SnoN and Ski is increase in renal fibrosis induced by obstructive injury.
  • Author(s): Fukasawa, H., Yamamoto, T., Togawa, A., Ohashi, N., Fujigaki, Y., Oda, T., Uchida, C., Kitagawa, K., Hattori, T., Suzuki, S., Kitagawa, M., Hishida, A
  • Journal Title: Kidney Int. (in press)