A chemical genomics approach to elucidate the regulation of unfolded protein response

• Project/Area Number: 19K23817
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0801:Pharmaceutical sciences and related fields
• Research Institution: Kawasaki Medical School
• Principal Investigator: Kitakaze Keisuke 川崎医科大学, 医学部, 助教 (80840545)
• Project Period (FY): 2019-08-30 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: ケミカルゲノミクス / 小胞体ストレス応答 / CRISPR / TRPV1 / VEGFR2

Outline of Research at the Start

小胞体ストレス応答の破綻や異常活性化は糖尿病、慢性炎症、がん等の様々な疾患の発症に寄与することが知られている。本研究では小胞体ストレスを高感度に測定できるレポーター細胞株と薬理活性化合物ライブラリーを用い、CRISPR-Cas9を組み合わせたケミカルゲノミクスを行うことで、小胞体ストレス応答を制御する新規タンパク質を探索し、その生理機能を解明する。

Outline of Final Research Achievements

The cell has an adaptive system against endoplasmic reticulum stress called unfolded protein response (UPR). The discovery of novel proteins that regulate the UPR and the elucidation of their mechanisms will lead to the development of therapeutic targets for diseases. In this study, we performed a comprehensive screening for proteins that regulate the UPR using a compound library and UPR reporter cells and identified TRPV1 and VEGFR2 as candidate proteins. Our data suggest TRPV1 activates the UPR by altering ion concentrations in the ER, and VEGFR2 suppresses the UPR by contributing to the IRE1-XBP1 pathway.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ケミカルゲノミクス的手法は、発現量の解析だけでは発見できない新規UPR制御タンパク質を探索できる点に優れており、本研究では創薬標的になりやすく、小胞体機能への関与の可能性が高い分子群に着目した。本研究によりUPR制御タンパク質候補を発見したことにより、小胞体ストレスを原因とする疾患の発症機序の解明や治療薬開発につながることが期待される。加えて、本研究は探索研究の方法論確立という側面も持っており、本研究の手法は様々なシグナル伝達経路における探索研究にも応用可能であり、生命科学の広い分野に対して有用性を示すものである。

Research Products

• [Journal Article] Cell-based HTS identifies a chemical chaperone for preventing ER protein aggregation and proteotoxicity (2019)
  • Author(s): Kitakaze Keisuke、Taniuchi Shusuke、Kawano Eri、Hamada Yoshimasa、Miyake Masato、Oyadomari Miho、Kojima Hirotatsu、Kosako Hidetaka、Kuribara Tomoko、Yoshida Suguru、Hosoya Takamitsu、Oyadomari Seiichi
  • Journal Title: eLife Volume: 8
  • DOI: 10.7554/elife.43302
  • NAID: 120006941114
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Identification of a chemical chaperone for mitigating protein aggregation and proteotoxicity during endoplasmic reticulum stress (2021)
  • Author(s): Keisuke Kitakaze, Shusuke Taniuchi, Eri Kawano, Yoshimasa Hamada, Masato Miyake, Miho Oyadomari, Hirotatsu Kojima, Hidetaka Kosako, Tomoko Kuribara, Suguru Yoshida, Takamitsu Hosoya, Seiichi Oyadomari
  • Organizer: Experimental Biology 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 小胞体ストレス下において転写因子ATF4は膵β細胞同一性を維持する (2021)
  • Author(s): 北風圭介, 親泊美帆, 張君, 濱田良真, 竹之内康広, 坪井一人, 藤谷与士夫, 岡本安雄, 親泊政一
  • Organizer: 第94回日本薬理学会年会
• [Presentation] 小胞体ストレス応答転写因子ATF4の機能不全は膵β細胞の脱分化を惹起する (2020)
  • Author(s): 北風圭介, 親泊美帆, 張君, 津川和江, 河野恵理, 三宅雅人, 竹之内康広, 坪井一人, 岡本安雄, 親泊政一
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会
• [Presentation] 膵β細胞における小胞体ストレス応答転写因子ATF4の機能解明 (2020)
  • Author(s): 北風圭介, 親泊美帆, 張君, 津川和江, 河野恵理, 三宅雅人, 竹之内康広, 坪井一人, 岡本安雄, 親泊政一
  • Organizer: 第61回日本生化学会中国・四国支部例会
• [Presentation] 小胞体ストレス下のタンパク質凝集と細胞毒性を緩和する化学シャペロンの同定 (2020)
  • Author(s): 北風圭介, 谷内秀輔, 河野恵理, 濱田良真, 三宅雅人, 親泊美帆, 小島宏建, 小迫英尊, 栗原ともこ, 吉田優, 細谷孝充, 親泊政一
  • Organizer: 第93回日本薬理学会年会
• [Presentation] 小胞体ストレス下のタンパク質凝集を標的とする新規化学シャペロンの同定 (2019)
  • Author(s): 北風圭介, 谷内秀輔, 河野恵理, 濱田良真, 三宅雅人, 親泊美帆, 小島宏建, 小迫英尊, 栗原ともこ, 吉田優, 細谷孝充, 親泊政一
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会