Comprehensive identification of polyubiquitinated substrates for elucidation of the "ubiquitin code"

• Project/Area Number: 19K22408
• 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: Hokkaido University
• Principal Investigator: watanabe masashi 北海道大学, 医学研究院, 講師 (10632424)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000); Fiscal Year 2020: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2019: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
• Keywords: ユビキチン / ポリユビキチン鎖 / プローブ / プロテオミクス

Outline of Research at the Start

ユビキチンは、自身の分子内に7個存在するリジンおよびアミノ末端のメチオニンを介して多彩なポリユビキチン鎖を形成することができる。鎖の種類によって付加される標的タンパク質に異なる結果をもたらし、その修飾と機能の関係性は「ユビキチンコード」とも呼称されている。基質と付加する鎖の種類の決定はユビキチンリガーゼ(E3)が重要な役割を果たす。したがってポリユビキチン鎖の機能を解明するためには「どのE3が」、「どの基質に」、「どのポリユビキチン鎖を付加」するのかを明らかにする必要があるが、体系的・網羅的な研究は未だ行われていない。本研究ではこの3者の関係を明らかにし、ポリユビキチン鎖の機能解明を目指す。

Outline of Final Research Achievements

Reversible modification of proteins by ubiquitin is one of the important post-translational modifications that support various life phenomena. In recent years, it has been focused on elucidating the relationship between the diverse polyubiquitin chain and its function via the seven lysine residues and amino-terminal methionine in ubiquitin itself. In this study, we developed several probes that efficiently capture polyubiquitin chains and verified their chain specificity. As a result, we obtained several probes that retain various specificities.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では、ポリユビキチン鎖を効率よく抽出するプローブの開発を行った。この技術をさらに発展させることで、個々のポリユビキチン鎖の効率的な抽出が可能となり、さらに個々のユビキチン付加酵素（ユビキチンリガーゼ）がどの基質に対してどのポリユビキチン鎖を付加しているのかという情報を先入観なく網羅的に同定することが可能となるものと思われる。多彩なポリユビキチン鎖を介した未解明の制御機構の発見に結びつくことが期待できる。

Research Products

• [Journal Article] Fluticasone Propionate Suppresses Poly(I:C)-Induced ACE2 in Primary Human Nasal Epithelial Cells (2021)
  • Author(s): Nakazono Akira、Nakamaru Yuji、Ramezanpour Mahnaz、Kondo Takeshi、Watanabe Masashi、Hatakeyama Shigetsugu、Kimura Shogo、Honma Aya、Wormald P. J.、Vreugde Sarah、Suzuki Masanobu、Homma Akihiro
  • Journal Title: Frontiers in Cellular and Infection Microbiology Volume: 11 Pages: 655666-655666
  • DOI: 10.3389/fcimb.2021.655666
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Loss of FAM83H promotes cell migration and invasion in cutaneous squamous cell carcinoma via impaired keratin distribution (2021)
  • Author(s): Tokuchi Keiko、Kitamura Shinya、Maeda Takuya、Watanabe Masashi、Hatakeyama Shigetsugu、Kano Satoshi、Tanaka Shinya、Ujiie Hideyuki、Yanagi Teruki
  • Journal Title: Journal of Dermatological Science Volume: 104 Issue: 2 Pages: 112-121
  • DOI: 10.1016/j.jdermsci.2021.09.007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Role of intracellular zinc in molecular and cellular function in allergic inflammatory diseases (2021)
  • Author(s): Suzuki Masanobu、Suzuki Takayoshi、Watanabe Masashi、Hatakeyama Shigetsugu、Kimura Shogo、Nakazono Akira、Honma Aya、Nakamaru Yuji、Vreugde Sarah、Homma Akihiro
  • Journal Title: Allergology International Volume: 70 Issue: 2 Pages: 190-200
  • DOI: 10.1016/j.alit.2020.09.007
  • NAID: 130008024307
  • ISSN: 1323-8930, 1440-1592
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A substrate-trapping strategy to find E3 ubiquitin ligase substrates identifies Parkin and TRIM28 targets (2020)
  • Author(s): Watanabe Masashi、Saeki Yasushi、Takahashi Hidehisa、Ohtake Fumiaki、Yoshida Yukiko、Kasuga Yusuke、Kondo Takeshi、Yaguchi Hiroaki、Suzuki Masanobu、Ishida Hiroki、Tanaka Keiji、Hatakeyama Shigetsugu
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 3 Issue: 1 Pages: 592-592
  • DOI: 10.1038/s42003-020-01328-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The role of Mediator and Little Elongation Complex in transcription termination (2020)
  • Author(s): Takahashi H, Ranjan A, Chen S, Suzuki H, Shibata M, Hirose T, Hirose H, Sasaki K, Abe R, Chen K, He Y, Zhang Y, Takigawa I, Tsukiyama T, Watanabe M, Fujii S, Iida M, Yamamoto J, Yamaguchi Y, Suzuki Y, Matsumoto M, Nakayama KI, Washburn P, Saraf A, Florens L, Sato S, Tomomori-Sato C, Conaway RC, Conaway JW, Hatakeyama S
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Issue: 1 Pages: 1-20
  • DOI: 10.1038/s41467-020-14849-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] A substrate-trapping strategy to find E3 ubiquitin ligase substrates. (2021)
  • Author(s): Watanabe Masashi
  • Organizer: Cold Spring Harbor Laboratory Meeting on the Ubiquitin Family
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] TRIM28はサイクリンA2のユビキチン化を介しS期への早期進行を抑制する (2021)
  • Author(s): 渡部 昌, 畠山鎮次
  • Organizer: 第94回日本生化学会大会
• [Presentation] 基質トラップ戦略によるユビキチンリガーゼParkin、TRIM28の網羅的な基質同定 (2021)
  • Author(s): 渡部 昌, 畠山鎮次
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
• [Presentation] ユビキチン様修飾分子UFM1によるロイコトリエン生合成の制御 (2020)
  • Author(s): 渡部 昌
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会
• [Presentation] 自然免疫シグナルに関わるユビキチンリガーゼ群の網羅的な基質同定と解析 (2019)
  • Author(s): 渡部 昌
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
  • Invited