Comprehensive study on inflammatory and immune responses through complex linear ubiquitin code
| Project/Area Number |
21H02688
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 48040:Medical biochemistry-related
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University (2022-2023)
Osaka City University (2021) |
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Principal Investigator |
徳永 文稔 大阪公立大学, 大学院医学研究科, 教授 (00212069)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
Fiscal Year 2021: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
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| Keywords | タンパク質 / ユビキチン / 酵素 / 細胞死 / 炎症 / 酸化ストレス / NF-κB / 細胞 |
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| Outline of Research at the Start |
近年、複数のユビキチンリガーゼ(E3)や脱ユビキチン化酵素(DUB)が協調的に働くことで、分岐鎖や混合鎖など複雑なユビキチン鎖を生成し、多彩な生理機能を司ることが明らかになった。我々は、ユビキチンのN末端Met1を介する直鎖状ユビキチン鎖を生成するE3酵素（LUBAC）を発見し、LUBACが古典的NF-κBシグナル活性化を導くことを見出している。さらに最近我々は、2種のLUBAC結合性新規E3と、LUBACによるNF-κB活性化を顕著に抑制する1種のDUBを同定した。そこで本研究では、これら酵素間クロストークが炎症・免疫制御にどのように関わるか、分子細胞生物学解析やマウス個体レベルで解明する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ユビキチン修飾はプロテアソーム分解のみならず、8通りのユビキチン連結を生成することで多彩な細胞機能を制御する。近年、１つのユビキチン化部位に分岐鎖や混合鎖など複数のユビキチン連結が含まれる複雑さの存在が明らかになり、細胞内の10-20%はこのような複雑鎖であることが示唆されている。我々は、ユビキチンのN末端を介する直鎖状ユビキチン鎖(M1鎖)を生成するLUBACユビキチンリガーゼ(E3)を見出し、LUBACが炎症や免疫制御に重要なNF-κBシグナル経路を活性化することや細胞死を抑制することを見出した。さらに、LUBACが他のE3と協調的に働くことで直鎖とLys63(M1/K63)の混合鎖など、複雑なユビキチン鎖を生成する可能性を見出している。そこで我々は、LUBACと協調して複雑なユビキチン鎖生成に関わるE3とこれを制御する脱ユビキチン化酵素(DUB)の探索を行い、2種の新規RING型E3（LUBAC-associated protein 1と２、各LAP1、LAP2と略）とDUBのOTUD1を見出した。本年度の研究によって、LAP1はLUBACと協調した複雑なユビキチン鎖生成を介してTNF-αによって惹起されるアポトーシスやネクロプトーシスなど細胞死制御に重要であること、LAP2はLUBACサブユニットをK63ユビキチン化することでNF-κB活性を亢進することを突き止めた。さらに、OTUD1はLUBACなどTNF受容体複合体I構成因子からK63ユビキチン鎖を除去することでNF-κB活性を顕著に抑制することを明らかにした。また、Otud1-KOマウスでは酸化ストレスが亢進し、炎症性腸炎が重篤化した。これらの結果から、LUBACと協調するE3やDUBによって複雑鎖の生成・分解、炎症応答、細胞死が制御されていることが明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度の研究で我々は、LUBACと相互作用することを見出している2種のE3（LAP1、LAP2）について精査した。その結果、LAP1はLUBACによるNF-κB活性化を抑制するとともに、TNF-αによって誘導されるアポトーシスに対しては促進的で、ネクロプトーシスは抑制した。この過程では、LAP1が先行して付加するユビキチン鎖がシードとなって、これにM1鎖が付加されることで複雑なユビキチン鎖が生成される可能性があることを見出し、2022年度分子生物学会のシンポジウムにて発表した。一方、LAP2はLUBACサブユニットにK63鎖を付加して、NF-κBシグナルをさらに亢進させることを突き止めた。LAP2の完全KOマウスは胎生致死であるが、E3活性を喪失させたLAP2のノックインマウスは誕生することから、LAP2はE3活性非依存的に発生段階で重要な役割を果たすことが示唆された。
さらに、LUBACやNF-κB活性を制御する新規DUBとしてOTUD1を同定し、OTUD1が酸化ストレス応答に重要なKEAP1に結合し、NF-κBとNrf2/KEAP1という炎症応答に重要な２つのシグナル経路をクロストーク制御することを突き止めた。さらに、OTUD1-KO細胞では、TNF-α誘導性アポトーシスやネクロプトーシスのみならず、酸化ダメージによる細胞死（オキシトーシス）に対して脆弱になることを明らかにした。また、Otud1-KOマウスを用いて病態モデル解析を進め、デキストラン硫酸によって重篤な炎症性腸炎を引き起こすことを示した。これらの成果は、Cell Death Dis(2022)に発表するとともに、Antioxidants(2023)に総説を発表した。
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| Strategy for Future Research Activity |
1.新規E3-LUBAC相互作用を介したユビキチン鎖の複雑化と生理機能制御
既にLUBACと相互作用することを見出している2種のE3酵素（LAP1、LAP2）について、ノックアウト細胞を用いて各種炎症性サイトカインや病原体関連分子パターン(PAMPs)によって惹起される炎症・免疫関連シグナル応答を精査する。また、アポトーシスやネクロプトーシスなど細胞死に与える影響を分子レベルで詳細に解析する。さらに、LUBAC欠損細胞や我々が開発したLUBAC阻害剤(HOIPIN-8)を用いてこれらE3とLUBACの相互作用によって引き起こされる細胞機能を解明する。また、これらE3のノックアウトマウスを用いて、これにTNF-α、LPS、デキストラン硫酸ナトリウムなどを投与することで、それぞれ全身炎症、敗血症、腸炎を引き起こした場合の生存期間、炎症・免疫関連シグナル活性化、細胞死亢進、病理・組織染色、ユビキチン鎖生成への影響を解析するとともにヒト炎症性腸疾患発症への寄与を解明する。
２. 新規DUBの炎症シグナル制御と生理機能制御
OTUD1に関しては、酸化ストレスと炎症細胞死に関わることが示されたので、Otud1-KOマウスを用いて高脂肪コリン欠乏食負荷による非アルコール性脂肪肝疾患(NAFLD)モデルの解析を進める。さらにOTUD1に次いで阻害能が強いDUBやM1鎖特異的DUBのOTULINに対する創薬シーズの探索を行う。これによって、生理的なLUBACとの機能クロストークを明らかにする。
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Report
(2 results)
Research Products
(45 results)
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[Journal Article] Capacity of extracellular globins to reduce liver fibrosis via scavenging reactive oxygen species and promoting MMP-1 secretion.2022
Author(s)
Hieu VN, Thuy LTT, Hai H, Dat NQ, Hoang DV, Hanh NV, Phuong DM, Hoang TH, Sawai H, Shiro Y, Sato-Matsubara M, Oikawa D, Tokunaga F, Yoshizato K, Kawada N.
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Journal Title
Redox Biol.
Volume: 52
Pages: 102286-102286
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] LRBA is essential for urinary concentration and body water homeostasis2022
Author(s)
Hara Y, Ando F, Oikawa D, Ichimura K, Yanagawa H, Sakamaki Y, Nanamatsu A, Fujiki T, Mori S, Suzuki S, Yui N, Mandai S, Susa K, Mori T, Sohara E, Rai T, Takahashi M, Sasaki S, Kagechika H, Tokunaga F, Uchida S.
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Journal Title
Proceedings of the National Academy of Sciences
Volume: 119
Issue: 30
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Cloaking the ACE2 receptor with salivary cationic proteins inhibits SARS-CoV-2 entry2022
Author(s)
Yoshizato Katsutoshi、Taira Toshio、Sato-Matsubara Misako、Sekiguchi Shizuko、Yabunaka Yoriko、Kira Yukimi、Ohashi Tetsu、Daikoku Atsuko、Ofusa Ken、Kadono Chiho、Oikawa Daisuke、Matsubara Tsutomu、Nakagama Yu、Kido Yasutoshi、Tokunaga Fuminori、Ikeda Kazuo、Kaneko Akira、Kawada Norifumi
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Journal Title
The Journal of Biochemistry
Volume: 172
Issue: 4
Pages: 205-216
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] LRBA is essential for urinary concentration and body water homeostasis2022
Author(s)
Hara Y, Ando F, Oikawa D, Ichimura K, Fujiki T, Mandai S, Mori T, Susa K, Sohara E, Rai T, Tokunaga F, Uchida S. Yanagawa H, Sakamaki Y, Nanamatsu A, Mori S, Suzuki S, Yui N, Takahashi M, Sasaki S, Kagechika, H,
Organizer
ASN kidney week 2022
Related Report
Int'l Joint Research
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