Elucidation of pathogenesis of Noonan syndrome by novel causative gene LZTR1

• Project/Area Number: 18K15657
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 52050:Embryonic medicine and pediatrics-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 阿部 太紀 東北大学, 医学系研究科, 助教 (40810594)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000); Fiscal Year 2018: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
• Keywords: LZTR1 / RAS / ポリユビキチン修飾 / RASopathies / 遺伝学 / Noonan症候群 / 先天奇形症候群 / RAS/MAPKシグナル伝達経路

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、LZTR1と各種相互作用分子の結合の有無、ならびにMAPKシグナル伝達経路に対する影響について解析を実施した。解析するにあたり、CRISPR/Cas9システムを用いたゲノム編集技術を活用し、LZTR1ノックアウト細胞株を樹立した。
樹立した細胞を駆使し、昨年度に引き続きLZTR1と質量分析等で同定した新規相互作用分子との関係解析を実施した。その結果、PPP1CB以外の相互作用分子としてがん遺伝子産物RASを同定した。RASはがんの約30%で遺伝子変異が同定されている発がんにおける主要なドライバー因子であると共に、RASopathiesの主要原因分子でもある。そこで、PPP1CBとの機能解析に追加してRASとの相互作用に関しても解析を実施した。その結果、1) LZTR1は古典型RAS(HRAS, KRAS, NRAS)ならびにMRASと結合すること、２）LZTR1はユビキチンE3リガーゼ複合体として機能し、RASポリユビキチン修飾の促進、ユビキチン・プロテアソーム経路を介したRAS分解の促進、に寄与すること、3)RAS下流のMAPKシグナル活性への影響を解析した結果、LZTR1の発現誘導はMAPKシグナル活性を抑制し、LZTR1の発現抑制はMAPKシグナル活性を賦活化すること、を明らかにした。
Noonan症候群の原因とされているLZTR1バリアントはその多くが機能喪失型変異であり、上記の結果に合致する。したがって、LZTR1変異によるNoonan症候群の発症にはPPP1CB/SHOC2/cRAF複合体だけでなく、さらに上流のRAS発現制御も関与する可能性が本研究により示された。
今後は、本研究課題で明らかにしたLZTR1-RAS分解経路をより詳細に解析し、Noonan症候群のみならず発がん抑制研究にも役立てたいと考えている。

Research Products

• [Journal Article] LZTR1 facilitates polyubiquitination and degradation of RAS-GTPases (2019)
  • Author(s): Abe Taiki、Umeki Ikumi、Kanno Shin-ichiro、Inoue Shin-ichi、Niihori Tetsuya、Aoki Yoko
  • Journal Title: Cell Death & Differentiation Volume: 27 Pages: 1023-1035
  • DOI: 10.1038/s41418-019-0395-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Germline-Activating RRAS2 Mutations Cause Noonan Syndrome (2019)
  • Author(s): Niihori Tetsuya、Nagai Koki、Fujita Atsushi、Ohashi Hirofumi、Okamoto Nobuhiko、Okada Satoshi、Harada Atsuko、Kihara Hirotaka、Arbogast Thomas、Funayama Ryo、Shirota Matsuyuki、Nakayama Keiko、Abe Taiki、Inoue Shin-ichi、Tsai I-Chun、Matsumoto Naomichi、Davis Erica E.、Katsanis Nicholas、Aoki Yoko
  • Journal Title: The American Journal of Human Genetics Volume: 104 Pages: 1233-1240
  • DOI: 10.1016/j.ajhg.2019.04.014
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Delineation of LZTR1 mutation-positive patients with Noonan syndrome and identification of LZTR1 binding to RAF1-PPP1CB complexes. (2019)
  • Author(s): Umeki Ikumi、Niihori Tetsuya、Abe Taiki、Kanno Shin-ichiro、Okamoto Nobuhiko、Mizuno Seiji、Kurosawa Kenji、Nagasaki Keisuke、Yoshida Makoto、Ohashi Hirofumi、Inoue Shin-ichi、Matsubara Yoichi、Fujiwara Ikuma、Kure Shigeo、Aoki Yoko
  • Journal Title: Hum Genet. Volume: 138 Pages: 21-35
  • DOI: 10.1007/s00439-018-1951-7
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Noonan症候群原因遺伝子産物LZTR1によるRAS分解促進機構の解明 (2019)
  • Author(s): 阿部 太紀、梅木 郁美、菅野 新一郎、井上 晋一、新堀 哲也、青木 洋子
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会
• [Presentation] Noonan症候群の原因遺伝子LZTR1―臨床的特徴と結合タンパクRAF1/PPP1CBの同定 (2019)
  • Author(s): 梅木郁美,新堀哲也,阿部太紀,長崎啓祐,井上晋一,藤原幾磨,呉繁夫,青木洋子
  • Organizer: 日本内分泌学会
• [Presentation] Noonan症候群類縁疾患の網羅的解析とLZTR1の機能解明 (2019)
  • Author(s): 青木 洋子,梅木 郁美,阿部 太紀,岡本 伸彦,水野 誠司,黒澤 健司,長崎 啓祐,吉田 真,大橋 博文,井上 晋一,松原 洋一,藤原 幾磨,呉 繁夫,新堀 哲也
  • Organizer: 日本遺伝カウンセリング学会
• [Presentation] LZTR1 facilitates polyubiquitination and degradation of RAS-GTPases (2019)
  • Author(s): Taiki Abe,Ikumi Umeki,Shin-ichiro Kanno,Shin-ichi Inoue,Tetsuya Niihori,Yoko Aoki
  • Organizer: Tohoku University Thematic Forum for Creativity Cancer from Biology to Acceptance
  • Int'l Joint Research