Involvement of linear ubiquitination in mitophagy

• Project Area: Multidisciplinary research on autophagy: from molecular mechanisms to disease states
• Project/Area Number: 16H01192
• 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: Osaka City University
• Principal Investigator: 徳永 文稔 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 教授 (00212069)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥9,100,000 (Direct Cost: ¥7,000,000、Indirect Cost: ¥2,100,000); Fiscal Year 2017: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000); Fiscal Year 2016: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
• Keywords: 酵素 / タンパク質 / 細胞・ 組織 / シグナル伝達 / 蛋白質 / 細胞・組織 / 免疫学 / 生理活性

Outline of Annual Research Achievements

本研究で我々は、「Mitophagyにおける直鎖状ユビキチン鎖の寄与の解明と疾患、創薬」として、選択的オートファジー受容体のoptineurin(OPTN)がUBANドメインを介して直鎖状ユビキチン鎖に選択的に結合し、その結合異常がNF-κBの持続的活性化を引き起こし、慢性神経炎症やアポトーシスの亢進によって筋萎縮性側索硬化症(ALS)発症に深く関与することを明らかにした(Nakazawa S. et al., Nat. Commun., 2016)。一方、OPTNはNDP52とともにミトコンドリア選択的オートファジー（mitophagy）に関与することが知られるが、炎症や細胞死への影響は不明である。そこで本研究で我々は、CRISPR/Cas9法を用いてOPTNとNDP52の単独及び二重欠損細胞を構築し、mitophagy、NF-κB活性化、アポトーシスへの影響を解析した。まず、OPTNやNDP52の欠損は既報の通りアンチマイシン・オリゴマイシン処理によって誘導されるmitophagyを抑制することを確認し、我々が同定したLUBAC活性阻害剤もmitophagy抑制に寄与することを見出した。また、NDP52の欠損細胞では、OPTN欠損細胞同様、炎症性サイトカインによるNF-κB活性化が亢進し、外因性アポトーシスも促進した。さらに、NDP52のC末端ZFドメインのユビキチン結合選択性を解析し、NDP52がジユビキチンではK27連結型に特異性を示すことを突き止め、このドメイン内の１アミノ酸置換(D439R)によってユビキチン結合能を喪失することを明らかにした。本研究からALSのみならず、mitophagyが深く関与するパーキンソン病など各種神経変性疾患とユビキチン鎖特異性、NF-κB活性経路による慢性炎症、神経変性に関係深いアポトーシスという細胞機能と疾患発症との密接なリンクが示された。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] In-frame VIn-frame Val216-Ser217 deletion of KIT in mild piebaldism causes aberrant secretion and SCF response. (2018)
  • Author(s): Hattori M, Ishikawa O, Oikawa D, Amano H, Yasuda M, Kaira K, Ishida-Yamamoto A, Nakano H, Sawamura D, Terawaki S, Wakamatsu K, Tokunaga F, Shimizu A
  • Journal Title: J. Dermatol. Sci. Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanistic insight into the repigmentation of piebaldism: functional characterization of a mutant KIT in melanocyte regeneration. (2018)
  • Author(s): Hattori M, Oikawa D, Amano H, Yasuda M, Kaira K, Ishida-Yamamoto A, Nakano H, Sawamura D, Terawaki S, Wakamatsu K, Tokunaga F, Ishikawa O, Shimizu A.
  • Journal Title: J. Dermatol. Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Generation of rat monoclonal antibodies specific for DZIP3. (2018)
  • Author(s): Oikawa D, Shiota M, Tokunaga F, Wanibuchi H.
  • Journal Title: Monoclon. Antib. Immunodiagn. Immunother. Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ER stress in the pathogenesis of pretibial dystrophic epidermolysis bullosa. (2017)
  • Author(s): Hattori M, Shimuzu A, Oikawa D, Kamei K, Kaira K, Ishida-Yamamoto A, Nakano H, Sawamura D, Tokunaga F, and Ishikawa O.
  • Journal Title: Br. J. Dermatol. Volume: 印刷中 Issue: 4 Pages: e92-e93
  • DOI: 10.1111/bjd.15342
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Generalized verrucosis caused by various human papillomaviruses in a patient with GATA2 deficiency (2017)
  • Author(s): Kuriyama Yuko、Hattori Mai、Mitsui Takeki、Nakano Hajime、Oikawa Daisuke、Tokunaga Fuminori、Ishikawa Osamu、Shimizu Akira
  • Journal Title: J. Dermatol. Volume: - Issue: 5
  • DOI: 10.1111/1346-8138.14149
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] HTLV-1 Tax induces formation of the active macromolecular IKK complex by generating Lys63- and Met1-linked hybrid polyubiquitin chains. (2017)
  • Author(s): Shibata Y, Tokunaga F, Goto E, Komatsu G, Gohda J, Saeki Y, Tanaka K, Takahashi H, Sawasaki T, Inoue S, Oshiumi H, Seya T, Nakano H, Tanaka Y, Iwai K, and Inoue J.
  • Journal Title: PLoS Pathog. Volume: 13 Issue: 12 Pages: e1006162-e1006162
  • DOI: 10.1371/journal.ppat.1006162
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Reduced SHARPIN and LUBAC formation may contribute to CCl4- or acetaminophen-induced liver cirrhosis in mice. (2017)
  • Author(s): Yamamotoya T, Nakatsu Y, Matsunaga Y, Fukushima T, Yamazaki H, Kaneko S, Fujishiro M, Kikuchi T, Kushiyama A, Tokunaga F, Asano T, and Sakoda H.
  • Journal Title: Int. J. Mol. Sci. Volume: 18 Issue: 2 Pages: 326-326
  • DOI: 10.3390/ijms18020326
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Decreased linear ubiquitination of NEMO and FADD on apoptosis with caspase-mediated cleavage of HOIP. (2017)
  • Author(s): Goto E and Tokunaga F.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 485 Issue: 1 Pages: 152-159
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.02.040
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Linear ubiquitination is involved in the pathogenesis of optineurin-associated amyotrophic lateral sclerosis. (2016)
  • Author(s): Nakazawa S, Oikawa D, Ishii R, Ayaki T, Takahashi H, Takeda H, Ishitani R, Kamei K, Takeyoshi I, Kawakami H, Iwai K, Hatada I, Sawasaki T, Ito H, Nureki O, and Tokunaga F.
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 7 Issue: 1 Pages: 12547-12547
  • DOI: 10.1038/ncomms12547
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structural and functional analysis of DDX41: a bispecific immune receptor for DNA and cyclic dinucleotide. (2016)
  • Author(s): Omura H, Oikawa D, Nakane T, Kato M, Ishii R, Ishitani R, Tokunaga F, and Nureki O.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 6 Issue: 1 Pages: 34756-34756
  • DOI: 10.1038/srep34756
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Characterization of a novel LUBAC inhibitor, HOIPIN-1 (2018)
  • Author(s): Oikawa D, Hanada K, Terawaki S, Sakamoto S, Tokunaga F
  • Organizer: Keystone Symposia-ubiquitin signaling
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] マイトファジー受容体のユビキチン結合性はNF-κBと細胞死制御に関与する (2017)
  • Author(s): 及川大輔、徳永文稔
  • Organizer: 第64回日本生化学会 近畿支部会
• [Presentation] NDP52のユビキチン結合性はNF-κBと細胞死制御に関与する (2017)
  • Author(s): 葛谷早喜子、及川大輔、徳永文稔
  • Organizer: ConBio2017
• [Presentation] 直鎖状ユビキチン鎖生成酵素(LUBAC)に対する新規阻害剤の細胞・生化学機構と疾患治療への応用 (2017)
  • Author(s): 及川大輔、葛谷早喜子、花田和希、寺脇正剛、鶴田大輔、坂本信二、徳永文稔
  • Organizer: ConBio2017
• [Presentation] LUBAC活性を制御する新規RING型ユビキチンリガーゼの機能解析 (2017)
  • Author(s): 阿部貴則、後藤栄治、及川大輔、高橋宏隆、堀居拓郎、寺脇正剛、畑田出穂、澤崎達也、徳永文稔
  • Organizer: ConBio2017
• [Presentation] JurkatヒトT細胞株におけるLUBACの機能解析 (2017)
  • Author(s): 後藤栄治、徳永文稔
  • Organizer: ConBio2017
• [Presentation] NF-κB活性制御に関わる新規OTU型脱ユビキチン化酵素の同定 (2017)
  • Author(s): 後藤栄治、阿部貴則、徳永文稔
  • Organizer: ConBio2017
• [Presentation] コムギ無細胞人プレテインアレイを基盤とした新規直鎖状ユビキチン結合タンパク質の探索と機能解析 (2017)
  • Author(s): 長尾和哉、中島達朗、高橋宏隆、徳永文稔、澤崎達也
  • Organizer: ConBio2017
• [Presentation] 85種類のヒト脱ユビキチン化酵素(DUB)の完全超組換えタンパク質を用いたポリユビキチン鎖特異性決定とDUB阻害評価系の構築 (2017)
  • Author(s): 桑田翔平、山中総士、岡田健吾、後藤栄治、徳永文稔、高橋宏隆、澤崎達也
  • Organizer: ConBio2017
• [Presentation] コムギ無細胞タンパク質アレイ解析によって見出された、NEMO結合性新規DUBのNF-κB制御機構の解析 (2016)
  • Author(s): 高橋宏隆, 桑田翔平, 後藤栄治, 徳永文稔, 澤崎達也
  • 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: 2016-12-02
• [Presentation] コムギ無細胞ヒト20,000種プロテインアレイを基盤とした直鎖状ポリユビキチン鎖結合タンパク質の探索 (2016)
  • Author(s): 中島達朗, 高橋宏隆, 徳永文稔, 澤崎達也
  • 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: 2016-12-01
• [Presentation] コムギ無細胞系を基盤としたヒトの脱ユビキチン化酵素(DUB)プロテインアレイを用いたポリユビキチン基質特異性解析 (2016)
  • Author(s): 桑田翔平,岡田健吾, 高橋宏隆, 後藤栄治, 徳永文稔, 澤崎達也
  • 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: 2016-12-01
• [Presentation] Optineurinの直鎖状ユビキチン鎖結合性と筋萎縮性側索硬化症 (2016)
  • Author(s): 徳永文稔
  • 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] 筋萎縮性側索硬化症(ALS)における直鎖状ユビキチン鎖の寄与 (2016)
  • Author(s): 徳永文稔
  • Organizer: 第89回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • Year and Date: 2016-09-26
  • Invited
• [Presentation] 直鎖状ユビキチン鎖による炎症・免疫シグナル制御とその破綻による疾患 (2016)
  • Author(s): 徳永文稔
  • Organizer: 第67回日本電気泳動学会総会
  • Place of Presentation: 釧路市観光国際交流センター（北海道釧路市）
  • Year and Date: 2016-08-27
  • Invited
• [Remarks]
  • URL: http://osaka-cu-1seika.umin.jp/
• [Remarks]
  • URL: http://www.med.osaka-cu.ac.jp/departments/bunshi-pathobiochemistry.shtml
• [Remarks] 大阪市立大学大学院医学研究科分子病態学
  • URL: http://osaka-cu-1seika.umin.jp/
• [Remarks] 大阪市立大学大学院医学研究科
  • URL: http://www.med.osaka-cu.ac.jp/departments/bunshi-pathobiochemistry.shtml