| Project/Area Number |
23H00321
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 38:Agricultural chemistry and related fields
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
深水 昭吉 筑波大学, 生存ダイナミクス研究センター, 教授 (60199172)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥47,450,000 (Direct Cost: ¥36,500,000、Indirect Cost: ¥10,950,000)
Fiscal Year 2024: ¥14,040,000 (Direct Cost: ¥10,800,000、Indirect Cost: ¥3,240,000)
Fiscal Year 2023: ¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000)
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| Keywords | タンパク質メチル化 / ヒスチジン残基メチル化 / アルギニン残基メチル化 / リジン残基メチル化 / ヒスチジンメチル化 / アルギニンメチル化 / ヒストンメチル化 |
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| Outline of Research at the Start |
血中のメチルヒスチジン（His）は、乳牛の分娩後の栄養状態のバイオマーカーとして、また、ヒトを含め、筋タンパク質代謝を反映する指標とされてきた。しかし、Hisメチル化を触媒する哺乳類のメチル化酵素の同定や、その機能の理解は進んでいない。申請者らは、酵母のHisメチル化酵素Hpm1の哺乳類オルソログと推定されるMETTL18がHisメチル化活性を持つことを見出している。さらに、そのノックアウト（KO）マウスの作製にも成功し、その表現型からMETTL18が広範な生理機能を持つことが示唆される。そこで本研究では、タンパク質Hisメチル化酵素が生体の恒常性維持に果たす役割とその作用機序の解明を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
血中のメチルヒスチジン（His）は、乳牛の分娩後の栄養状態のバイオマーカーとして、また、ヒトを含め、筋タンパク質代謝を反映する指標とされてきた。しかし、メチルHisの生成を触媒する哺乳類のメチル化酵素の同定や、その機能の理解は進んでいない。そこで本研究では、タンパク質Hisメチル化酵素が生体の恒常性維持に果たす役割とその作用機序の解明を目的とした。
今年度は、主にヒスチジンメチル化されるタンパク質の同定に取り組み、以下の成果を挙げた。
１） マウスの骨格筋および脳組織を用いて、生化学的手法によるタンパク質の分画と分析化学的手法を組み合わせた解析から、ヒスチジン残基がメチル化修飾される新たな基質として、解糖系酵素エノラーゼのサブユニットであるγ-enolaseを同定した。また、３種類の異なるアミノ酸配列を持つエノラーゼ（α、β、γ）のうち、脳神経系特異的に発現するγ-enolaseの190番目のヒスチジン残基がメチル化されることを明らかにした（J. Biochem. PMID: 37279646, 2023）。
2） これまで確認されていなかったヒストンの翻訳後修飾として、ヒスチジン残基のメチル化を見出した。 ヒストンは、H2A、H2B、H3、H4という４種類のコアヒストンタンパク質が二つずつ集まった８量体で構成されているが、このうちヒスチジンメチル化は、ヒストンH2Aの82番目とH3の39番目のヒスチジン残基に生じていた。ヒストンのメチル化修飾のほとんどはリジン残基に集中していることから、ヒスチジン残基のメチル化は限られた特定の遺伝子領域に存在するヒストンに起こることが示唆された（J. Biol. Chem. PMID: 37543365, 2023）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
タンパク質のヒスチジン残基のメチル化修飾は、リジン残基とアルギニン残基に続く第３のメチル化修飾として近年注目されている。しかし、その酵素化学的解析や生物学的意義の解明に不可欠である触媒酵素やその基質の報告例が、第１・第２のメチル化修飾に比べて非常に少なく、研究の進展を遅らせている大きな要因となっている。新たなヒスチジンメチル化基質であるγ-enolaseの発見は、解糖系におけるヒスチジンメチル化の重要性の理解や、新規ヒスチジンメチル化酵素の探索のための有用な手掛かりとなることが期待される。また、ヒストンには多くのリジン残基があり、メチル化に加え、ユビキチン化やアセチル化などの多様な翻訳後修飾が生じることが知られている。その組み合わせパターンはヒストンコードと呼ばれ、転写調節を指令する暗号と考えられており、今回のヒスチジン残基のメチル化修飾の発見は、新しいヒストンコードとなる新たな一歩になると期待される。以上の理由から、当初の計画以上に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度は、作製済みのヒスチジンメチル化酵素遺伝子のノックアウトマウスの解析結果を論文化するとともに、新しいヒスチジンメチル化タンパク質の同定を目指す。
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