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Mechanism of protein disulfide bond formation in the ER of human cells

Research Project

Project/Area Number 19H02881
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 38030:Applied biochemistry-related
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

Kadokura Hiroshi  東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (70224558)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2019: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
Keywordsジスルフィド結合 / 哺乳動物 / 分泌タンパク質 / 小胞体 / 物質生産 / フォールディング / PDI / 立体構造形成 / タンパク質生産
Outline of Research at the Start

私たちの細胞がつくるタンパク質の中にはインスリンのように細胞の外で働くものがある。このようなタンパク質が正しい構造に折り畳まれるためには、分子内の正しい位置にジスルフィド結合が導入される必要がある。本研究では、細胞外で働くタンパク質にジスルフィド結合が形成される仕組みを解明する。その解析から、関連する病気の原因の解明やヒト由来の有用タンパク質を微生物で効率よく生産するための重要な知見を得る。

Outline of Final Research Achievements

Formation of disulfide bonds is a crucial step in the folding of a huge number of secretory and membrane proteins. Disulfide bonds are thought to be introduced into the chains entering the ER lumen. However, when and how disulfide bonds are introduced into the elongating chains remained largely elusive. Here, we have developed a system to observe disulfide bond formation in the elongating chain of LDLR to find that disulfide rearrangement in LDLR occurs at a specific timing during synthesis in a manner depending on a downstream region of the polypeptide. Thus, folding of a multidomain protein in the ER of mammalian cells appears to be more coordinated and elaborated than previously thought. Furthermore, we have compared the abilities of two ER resident enzymes, GPx7 and GPx8, in oxidizing PDI family members to find that GPx7, but not GPx8, functions as an H2O2-dependent PDI oxidase in cells.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

タンパク質中に形成されたジスルフィド結合を組み換える反応は、複数のドメインから構成されるタイプの細胞表層タンパク質の折り畳みにおいて鍵となる反応ステップで、従来はタンパク質の翻訳合成が終わった後、数十分の時間をかけてゆっくりと進行すると考えられてきました。しかし今回の研究から、この反応はこれまでに考えられていたよりも遥かに早い段階に於いて、精緻な制御のもと、進行することが初めて明らかになりました。今回の結果は、細胞表層タンパク質の折り畳みの不具合によって発症する病気の機序を理解したり、微生物などを利用して、有用なタンパク質を生産したりする上で、基盤となる情報を与えると期待されます。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2021 2020 2019 Other

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results) Remarks (5 results)

  • [Journal Article] 哺乳動物細胞PDIファミリー酵素の生理的な基質の同定2020

    • Author(s)
      門倉 広
    • Journal Title

      KAGAKU TO SEIBUTSU

      Volume: 58 Issue: 8 Pages: 441-443

    • DOI

      10.1271/kagakutoseibutsu.58.441

    • NAID

      130008070258

    • ISSN
      0453-073X, 1883-6852
    • Year and Date
      2020-08-01
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Characterization of the endoplasmic reticulum-resident peroxidases GPx7 and GPx8 shows the higher oxidative activity of GPx7 and its linkage to oxidative protein folding2020

    • Author(s)
      Kanemura S., Sofia E. F., Hirai N., Okumura M., Kadokura H. and Inaba K.
    • Journal Title

      J. Biol. Chem.

      Volume: 295 Issue: 36 Pages: 12772-12785

    • DOI

      10.1074/jbc.ra120.013607

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Observing the nonvectorial yet cotranslational folding of a multidomain protein, LDL receptor, in the ER of mammalian cells2020

    • Author(s)
      Kadokura Hiroshi、Dazai Yui、Fukuda Yo、Hirai Naoya、Nakamura Orie、Inaba Kenji
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences, USA

      Volume: 117 Issue: 28 Pages: 16401-16408

    • DOI

      10.1073/pnas.2004606117

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Observing the cotranslational disulfide rearrangement in a cell surface multidomain protein, LDL receptor, in the ER of mammalian cells2021

    • Author(s)
      Hiroshi Kadokura
    • Organizer
      Functional Disulfides in Health & Disease 2021, Weizmann Institute of Science, Israel, Web開催
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Visualization and quantification of labile Zn2+ in the acidic subcellular compartments using a small-molecule fluorescent probe2021

    • Author(s)
      Yuyin Du, Rong Liu, 小和田 俊行, 松井 敏高, 門倉 広, 稲葉 謙次, 水上 進
    • Organizer
      第32回万有仙台シンポジウム
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 細胞内で翻訳合成途上のLDL受容体にジスルフィド結合が形成される仕組み2021

    • Author(s)
      門倉 広,平井直也,福田 洋,太宰 結,稲葉謙次
    • Organizer
      第94回日本生化学大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] ジスルフィド結合が形成される仕組み:独自のアプローチで迫る、ヒト分泌タンパク質の生細胞内における立体構造形成機構2021

    • Author(s)
      門倉 広
    • Organizer
      第5回 有機・生命・計測科学研究交流セミナー
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] Biochemical characterizations of ER-resident peroxidases, GPx7 and GPx8, reveal their distinct oxidative activities.2020

    • Author(s)
      Shingo Kanemura, Elza Firdiani Sofia, Naoya Hirai, Masaki Okumura, Hiroshi Kadokura and Kenji Inaba
    • Organizer
      第20回 日本蛋白質科学会年会
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      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] ヒト細胞小胞体機能の低下を鋭敏に検出するレポーターの開発と応用2020

    • Author(s)
      八巻 聡、河野憲二、稲葉謙次、門倉 広
    • Organizer
      東北大学大学院 理学・生命科学 2 研究科合同シンポジウム
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] ヒト細胞小胞体機能の低下を鋭敏に検出するレポーターの開発と応用2019

    • Author(s)
      八巻聡、河野憲二、稲葉謙次、門倉 広
    • Organizer
      第42回 日本分子生物学会年会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Mechanistic basis and physiological functions of GPx7 and GPx8, newly identified PDI oxidases in the mammalian endoplasmic reticulum2019

    • Author(s)
      Elza Firdiani Sofia, Shingo Kanemura, Hiroshi Kadokura, Masaki Okumura, Kenji Inaba.
    • Organizer
      第19回 日本蛋白質科学会年会
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] PDIファミリーメンバーP5の新規構造と機能2019

    • Author(s)
      奥村 正樹, 金村 進吾, 松崎 元紀, 木下 岬, 荒井 堅太, 平山 千尋, 天貝 佑太, 門倉 広, 秋山 修志, 稲葉 謙次
    • Organizer
      第42回 日本分子生物学会年会
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      2019 Annual Research Report
  • [Remarks] 東北大学大学院生命科学研究科/研究/研究者紹介/門倉 広

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      https://www.lifesci.tohoku.ac.jp/research/teacher/detail---id-19734.html

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      2021 Annual Research Report
  • [Remarks] 門倉 広|東北大学 大学院 生命科学研究科

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      https://www.lifesci.tohoku.ac.jp/research/teacher/detail---id-19734.html

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  • [Remarks] ヒトLDL受容体が立体構造を形成する新たな機構を解明 家族性高コレステロール血症の理解に一歩前進

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      http://www2.tagen.tohoku.ac.jp/lab/news_press/20200701/

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      https://www.sci.tohoku.ac.jp/news/20200701-11147.html

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  • [Remarks] ヒトLDL受容体が立体構造を形成する新たな機構を解明 家族性高コレステロール血症の理解に一歩前進

    • URL

      https://www.lifesci.tohoku.ac.jp/research/results/detail---id-49455.html

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      2019 Annual Research Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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