翻訳後修飾因子の翻訳後修飾：リン酸化ユビキチンの細胞内機能の解析

• Project Area: New aspect of the ubiquitin system : its enormous roles in protein regulation
• Project/Area Number: 15H01196
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science
• Principal Investigator: 松田 憲之 公益財団法人東京都医学総合研究所, 生体分子先端研究分野, プロジェクトリーダー (10332272)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000); Fiscal Year 2016: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2015: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
• Keywords: Parkin / PINK1 / ユビキチン / リン酸化 / ミトコンドリア / パーキンソン病

Outline of Annual Research Achievements

助成対象者（松田憲之）は、平27年から平28年に「翻訳後修飾因子の翻訳後修飾：リン酸化ユビキチンの細胞内機能の解析」という課題名で、PINK1 と Parkin が協調して異常ミトコンドリアをユビキチン化し、細胞内から除去する仕組みを解析した。助成期間（平27～28年）中に、Sランク論文を１報（JCB (2015)）、Aランク論文を３報（JCS (2015)、JBC (2015), JBC (2016)）、Aランク総説を１報（EMBO Reports (2016)）発表した。
まず助成期間中に、損傷ミトコンドリアにParkinを移行させる“受容体”の実体解明を行なった。PINK1キナーゼの基質がユビキチンであることを手がかりとして、リン酸化ユビキチンとリン酸化Parkinの相互作用を検討したが、両者の結合は非常に弱かった。そこで、リン酸化ユビキチン鎖がParkinと結合する可能性を検証した。ミトコンドリア局在シグナルとタンデムユビキチンを融合(Mt-4Ub)し、PINK1欠損細胞内でParkinと共発現を行なった。Mt-4UbとParkinの両者がリン酸化模倣変異を有する時に限り、PINK1やミトコンドリア膜電位の低下と無関係に、Parkinはミトコンドリアに局在化した。さらに試験管内でリン酸化ユビキチン鎖とリン酸化Parkinの直接的な結合を示した。一連の結果から、助成対象者（松田憲之）はリン酸化ユビキチン鎖が “Parkin受容体”であると結論した。
さらに、立教大学の岡教授との共同研究として「PINK1/Parkin系の発動が細胞死を引き起こすメカニズム」を解析するとともに、共著者として「PINK1 と Parkin が異常ミトコンドリアをユビキチン化して細胞内から除去する仕組み」を俯瞰する総説の記載をサポートした。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Constitutive activation of PINK1 leads to proteasome-mediated and non-apoptotic cell death independently of mitochondrial autophagy (2016)
  • Author(s): Akabane, S., Matsuzaki, K., Yamashita, S-I, Arai, K., Okatsu, K., Kanki, T., Matsuda, N., and Oka, T.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 291 Issue: 31 Pages: 16162-16174
  • DOI: 10.1074/jbc.m116.714923
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Unexpected mitochondrial matrix localization of Parkinson's disease-related DJ-1 mutants but not wild type DJ-1. (2016)
  • Author(s): Kojima, W., Kujuro, Y., Okatsu, K., Bruno, Q., Koyano, F., Kimura, M., Yamano, K., Tanaka, K., and Matsuda, N.
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 21 Issue: 7 Pages: 772-788
  • DOI: 10.1111/gtc.12382
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The ubiquitin signal and autophagy : an orchestrated dance leading to mitochondrial degradation (2016)
  • Author(s): Koji Yamano, K., Matsuda, N., and Tanaka, K.
  • Journal Title: EMBO Rep. Volume: 17 Issue: 3 Pages: 300-3016
  • DOI: 10.15252/embr.201541486
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Phospo-ubiquitin: Upending the PINK-Parkin-ubiquitin cascade. (2016)
  • Author(s): Matsuda, N.
  • Journal Title: J. Biochemistry Volume: 159 Issue: 4 Pages: 379-385
  • DOI: 10.1093/jb/mvv125
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] ミトコンドリアクオリティコントロールとパーキンソン病 - 特に DJ-1 に着目して - (2016)
  • Author(s): 小島和華、松田憲之
  • Journal Title: 脳21 Volume: 19 Pages: 13-20
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] パーキンソン病と闘うユビキチンシステム (2016)
  • Author(s): 松田憲之
  • Journal Title: 医学のあゆみ Volume: 256 Pages: 874-879
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Site-specific Interaction Mapping of Phosphorylated Ubiquitin to Uncover Parkin Activation. (2015)
  • Author(s): Koji Yamano, Bruno B. Queliconi, Fumika Koyano, Yasushi Saeki, Takatsugu Hirokawa, Keiji Tanaka§,and Noriyuki Matsuda
  • Journal Title: The Journal of Biological Chemistry Volume: 290 Issue: 42 Pages: 25199-25211
  • DOI: 10.1074/jbc.m115.671446
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Phosphorylated ubiquitin chain is the genuine Parkin receptor. (2015)
  • Author(s): K. Okatsu, F. Koyano, M. Kimura, H. Kosako, Y. Saeki, K. Tanaka and N. Matsuda
  • Journal Title: The Journal of Cell Biology Volume: 209 Issue: 1 Pages: 111-128
  • DOI: 10.1083/jcb.201410050
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Unconventional PINK1 localization mechanism to the outer membrane of depolarized mitochondria drives Parkin recruitment (2015)
  • Author(s): Okatsu, K., Kimura, M., Oka, T., Tanaka, K., and Matsuda N.
  • Journal Title: J Cell Sci Volume: 128 Pages: 964-978
  • DOI: 10.1242/jcs.161000
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 修飾酵素と修飾因子のヒエラルキーを逆転させるリン酸化 (2016)
  • Author(s): 松田憲之
  • Organizer: 第39回 日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Year and Date: 2016-11-30
  • Invited
• [Presentation] PINK1/Parkin-catalyzed ubiquitylation prevents Parkinson's disease via mitochondrial quality control (2016)
  • Author(s): Matsuda N
  • Organizer: KSBMB 2016
  • Place of Presentation: COEX, Seoul, Korea
  • Year and Date: 2016-05-18
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] パーキンソン病とミトコンドリア分解 (2016)
  • Author(s): 松田憲之
  • Organizer: 第39回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • Invited
• [Presentation] ミトコンドリア品質管理マシナリーからパーキンソン病の発症機構を明らかにする (2016)
  • Author(s): 松田憲之
  • Organizer: 第54回日本生物物理学会年会
  • Place of Presentation: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • Invited
• [Presentation] Molecular mechanisms underlying PINK1 and Parkin localization on damaged mitochondria. (2015)
  • Author(s): Noriyuki Matsuda
  • Organizer: “Mitochondrial quality control and neurodegenerative diseases” held at the Fondation des Treilles
  • Place of Presentation: Nice, France
  • Year and Date: 2015-05-04
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Remarks] 所属プロジェクトの HP
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/protein/index.html
• [Remarks] 所属チームの HP
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/protein/jpn/research/matsuda-team.html
• [Remarks] 所属プロジェクトの HP
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/project/detail/ubiquitin.html