Ribosomal degradation mechanism by nuclear proteasome

• Project/Area Number: 18K19352
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 44:Biology at cellular to organismal levels, and related fields
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science
• Principal Investigator: 安田 さや香 公益財団法人東京都医学総合研究所, 生体分子先端研究分野, 研究員 (80624353)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2020-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000); Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000); Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2018: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: プロテアソーム / ユビキチン / タンパク質分解 / リボソーム / 浸透圧ストレス / 相分離 / 細胞内タンパク質分解 / ストレス応答 / ホメオスタシス

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、核内リボソームの品質管理機構の解明を通し、核内のタンパク質分解経路の体系的理解を目的として以下の研究を実施した。
複数のリボソームタンパク質について、EGFP融合安定発現細胞を用いて生細胞タイムラプスイメージングを行った結果、高浸透圧ストレスにより核質で凝集し、プロテアソームfociと共局在すると共にプロテアソームによって分解されることが確認された。またE1阻害剤存在下においてもリボソーム凝集は観察され、プロテアソーム及びp97阻害剤存在下では凝集が肥大化したことから、高浸透圧刺激は細胞容量減少をもたらし正常なリボソーム構築が阻害されることと、プロテアソームがp97およびRAD23Bと連携して、構築から漏れたリボソームを分解除去するという機構が示唆された。
このプロテアソーム液滴の形成は、ポリユビキチン鎖とRAD23B に完全に依存しており、in vitroでの実験結果等から、4つ以上のユビキチンが連なったポリユビキチン鎖とRAD23Bの2つのUBAドメインによるマルチバレント相互作用によって誘導されることがわかった。さらに、UBLドメインを欠くRAD23Bはアモルファスタンパク質凝集体の形成をもたらしたが、UBAドメインを欠くRAD23Bは液滴の形成をもたらさず、2つのUBAドメインのユビキチン結合能力の調節におけるUBLドメインの役割が示唆された。このように、我々の発見したプロテアソームfociは、ユビキチン化タンパク質とRAD23Bの液-液相分離と、それに続くプロテアソームの補充から生じることがわかった。
また個体レベルでの核内品質管理機構を実証すべくキメラマウスを樹立し、マウス尾初代培養において浸透圧刺激でプロテアソームが核内にfociを形成することを見出した。
以上の研究により、核内のタンパク質分解経路の一端を明らかにすることができた。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University Medical Center Gottingen/Max Planck Institute of Biochemistry(ドイツ)
• [Journal Article] Stress- and ubiquitylation-dependent phase separation of the proteasome (2019)
  • Author(s): Sayaka Yasuda, Hikaru Tsuchiya, Ai Kaiho, Qiang Guo, Ken Ikeuchi, Akinori Endo, Naoko Arai, Fumiaki Ohtake, Shigeo Murata, Toshifumi Inada, Wolfgang Baumeister, Ruben Fernandez-Busnadiego, Keiji Tanaka, Yasushi Saeki
  • Journal Title: Nature Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] シャトル分子とユビキチン鎖の液- 液相分離 (2019)
  • Author(s): 安田 さや香、土屋 光、田中 啓二、佐伯 泰
  • Organizer: 第19回日本蛋白質科学会年会 第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会
  • Invited
• [Presentation] ユビキチン鎖の液-液相分離 (2019)
  • Author(s): 安田さや香
  • Organizer: 第1回新学術「ケモユビキチン」班会議・第2回ユビキチン研究会 合同会議
• [Remarks] 蛋白質代謝研究室ホームページ
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/pro-meta/