分子認識反応における、R-Rasに特徴的なN末およびC末領域の役割

• Project/Area Number: 18K06123
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43030:Functional biochemistry-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 梅木 伸久 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 研究員 (70647502)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2019: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2018: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
• Keywords: 細胞内情報伝達 / シグナル伝達 / 低分子量Gタンパク質 / 細胞増殖 / １分子計測 / 低分子量タンパク質 / 1分子計測 / Ras

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、Rasが駆動するERKの細胞膜移行メカニズム解明に取り組んだ。ERKのEGF刺激に伴う細胞膜へのtranslocation dynamics の計測を行った結果、以下のことが明らかとなった。（１）ERK1/ERK2はどちらとも、 EGF刺激により細胞膜へと移行する。さらにこれらの反応は、核への移行よりも早く起こることがわかった。（２）EGF刺激に伴うERKの膜移行シグナルは、EGFRの下流かつRafの上流で起こるものと考えられた。（３）ERKの膜移行に、ERK自身のキナーゼ活性またはN末領域(1-24aa)は必須ではないことがわかった。一方、ERKのC末領域（313-360aa）は膜移行に必須であった。（４）細胞をシアル酸転移酵素阻害剤で処理すると、ERKの膜移行/核移行はどちらともわずかに阻害されることが分かった。（５）ERKの細胞膜上における１分子拡散動体を計測したところ、ほとんどのERK分子はimmobileな状態を保持していた。ERKとactin filament が直接結合するという報告（Leinweberet al.,1999）があることから、actinに結合したERK分子を捉えているものと考えられた。活性型EGFR分子の多くは immobileな状態をとることが知られていることから、活性型のEGFRはERKを介してactinと結合している可能性がある。ERKはシグナル伝達の“反応の足場”として機能するかもしれない。そこでactin/ERK/EGFRの相互作用をin vitroの系で直接捉えるために、actin分子の調製に着手した。actinの昆虫細胞発現系の構築を行い、目的のアクチンタンパク質の発現を確認した。次年度は、H-RasのC末領域をR-RasのC末領域に置換した際の、ERKの上記挙動について解析する予定である。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

新型コロナウイルス蔓延により、当初予定していた実験計画に支障が生じたため。

Strategy for Future Research Activity

余剰資金を活用し、データ解析の自動化を推進する。

Research Products

• [Journal Article] Evaluation of information flows in the RAS-MAPK system using transfer entropy measurements (2023)
  • Author(s): Umeki N.,Kabashima Y., Sako Y
  • Journal Title: bioRxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/2023.08.06.552214
  • Open Access
• [Journal Article] Assessing transfer entropy from biochemical data (2022)
  • Author(s): Imaizumi Takuya、Umeki Nobuhisa、Yoshizawa Ryo、Obuchi Tomoyuki、Sako Yasushi、Kabashima Yoshiyuki
  • Journal Title: Physical Review E Volume: 105 Issue: 3 Pages: 1-13
  • DOI: 10.1103/physreve.105.034403
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] p52Shc regulates the sustainability of ERK activation in a RAF-independent manner (2021)
  • Author(s): Yoshizawa Ryo、Umeki Nobuhisa、Yamamoto Akihiro、Okada Mariko、Murata Masayuki、Sako Yasushi
  • Journal Title: Molecular Biology of the Cell Volume: 32 Issue: 19 Pages: 1838-1848
  • DOI: 10.1091/mbc.e21-01-0007
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Biphasic spatiotemporal regulation of GRB2 dynamics by p52SHC for transient RAS activation (2021)
  • Author(s): Yoshizawa R., Umeki N., Yamamoto A., Murata M., Sako Y.
  • Journal Title: Biophysics and Physicobiology Volume: 18 Issue: 0 Pages: 1-12
  • DOI: 10.2142/biophysico.bppb-v18.001
  • NAID: 130007981384
  • ISSN: 2189-4779
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] K336I mutant actin alters the structure of neighbouring protomers in filaments and reduces affinity for actin-binding proteins (2019)
  • Author(s): Umeki N., Shibata K., Noguchi TQP, Hirose K., Sako Y., Uyeda TQP.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Issue: 1 Pages: 5353-5353
  • DOI: 10.1038/s41598-019-41795-w
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 蛍光イメージングによる、細胞内ERKの反応ダイナミクス計測 (2023)
  • Author(s): 梅木伸久、吉澤亮、佐甲靖志
  • Organizer: 第96回日本生化学大会
• [Presentation] 細胞周期進行に伴い変化するRTK/RAS/MAPKシグナル伝達の計測 (2023)
  • Author(s): 吉澤亮、梅木伸久、佐甲靖志
  • Organizer: 第96回日本生化学大会
• [Presentation] PI3K-PAK1 シグナル伝達はS-G2期におけるERK の活性化ダイナミクスを制御する (2023)
  • Author(s): 吉澤亮、梅木伸久、佐甲靖志
  • Organizer: 第61回日本生物物理学会年会
• [Presentation] PI3Kシグナル伝達はS-G2期のERKの時間的調節において重要な役割を果たす (2022)
  • Author(s): 吉沢亮、梅木伸久、佐甲靖志
  • Organizer: 生物物理学会
• [Presentation] 生化学反応データからの移動エントロピーの評価 (2022)
  • Author(s): 今泉・梅木・吉澤・小渕・佐甲・樺島
  • Organizer: 日本物理学会年会
• [Presentation] p52SHC in the cytoplasm negatively regulates GRB2 translocation to the plasma membrane (2020)
  • Author(s): 吉澤亮、梅木伸久、村田昌之、佐甲靖志
  • Organizer: 第58回日本生物物理学会年会
• [Presentation] p52Shcは時間依存的にGrb2のシグナル伝達ダイナミクスを制御する (2019)
  • Author(s): 吉澤亮、梅木伸久、柳川正隆、村田昌之、佐甲靖志
  • Organizer: 日本生物物理学会
• [Presentation] MCF細胞内におけるp52ShcのGrb2シグナル伝達制御 (2018)
  • Author(s): 吉澤亮、梅木伸久、柳川正隆、村田昌之、佐甲靖志
  • Organizer: 日本生物物理学会