トランスオミクス解析による低酸素応答のシステム的理解

• Project Area: Oxygen biology: a new criterion for integrated understanding of life
• Project/Area Number: 17H05534
• 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: Kyushu University
• Principal Investigator: 松本 雅記 九州大学, 生体防御医学研究所, 准教授 (60380531)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥14,040,000 (Direct Cost: ¥10,800,000、Indirect Cost: ¥3,240,000); Fiscal Year 2018: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000); Fiscal Year 2017: ¥6,890,000 (Direct Cost: ¥5,300,000、Indirect Cost: ¥1,590,000)
• Keywords: プロテオミクス / 低酸素応答 / 水酸化 / プロテオーム / 蛋白質

Outline of Annual Research Achievements

地球上のほとんどの生命システムにとって分子酸素に対する細胞応答は重要な環境適応の一つであり、酸素濃度変化を検知し発現する遺伝子セットを量的・質的に変化させる。脊椎動物細胞における低酸素応答はPHD-HIF経路が最もよく知られているが、これ以外の経路の存在も示唆されている。さらに、細胞の状態に応じて酸素応答が異なることも知られており、低酸素応答システムの全貌は未だ不明である。本課題は、われわれが最近開発したiMPAQT法を中心とする定量トランスオミクスプラットフォームを用いて、いくつかのモデル細胞（正常、がん、老化など）における低酸素応答を、タンパク質発現量、水酸化、さらには代謝物の変動として包括的に計測し、それらの多階層データを統合的に解釈することで、既存の分子機構に依らない新たな生体酸素応答の実体解明を試みる。
まず、正常線維芽細胞を用いて、通常の増殖期、がん、老化、および休止期の４つのモデル状態を確立し、これを対象に絶対定量プロテオーム解析法であるiMPAQT法を用いて多数の代謝酵素の発現量の低酸素応答を時系列データで取得することに成功した。タンパク質の水酸化部位同定に関しては生理的なプロリン水酸化と実験過程で生じるメチオニンやトリプトファンなどの酸化を区別することが困難であることが判明し、これを解消するための技術開発を行った。さらに、プロリン水酸化酵素に対する結合タンパク質の同定を免疫沈降-MSおよび近位ビオチン化標識法をもちいて実施し、既存の基質であるHIF-1 alphaと共に多数の結合タンパク質の同定に成功した。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Tricarboxylic acid cycle activity suppresses acetylation of mitochondrial proteins during early embryonic development in Caenorhabditis elegans. (2019)
  • Author(s): Hada Kazumasa、Hirota Keiko、Inanobe Ai、Kako Koichiro、Miyata Mai、Araoi Sho、Matsumoto Masaki、Ohta Reiya、Arisawa Mitsuhiro、Daitoku Hiroaki、Hanada Toshikatsu、Fukamizu Akiyoshi
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 294 Issue: 9 Pages: 3091-3099
  • DOI: 10.1074/jbc.ra118.004726
  • NAID: 120007133475
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Bcl11b sets pro-T cell fate by site-specific cofactor recruitment and by repressing Id2 and Zbtb16 (2018)
  • Author(s): Hosokawa Hiroyuki、Romero-Wolf Maile、Yui Mary A.、Ungerb?ck Jonas、Quiloan Maria L. G.、Matsumoto Masaki、Nakayama Keiichi I.、Tanaka Tomoaki、Rothenberg Ellen V.
  • Journal Title: Nature Immunology Volume: 19 Issue: 12 Pages: 1427-1440
  • DOI: 10.1038/s41590-018-0238-4
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification of the physiological substrates of PDIp, a pancreas-specific protein-disulfide isomerase family member (2018)
  • Author(s): Fujimoto Takushi、Nakamura Orie、Saito Michiko、Tsuru Akio、Matsumoto Masaki、Kohno Kenji、Inaba Kenji、Kadokura Hiroshi
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 293 Issue: 48 Pages: 18421-18433
  • DOI: 10.1074/jbc.ra118.003694
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The jPOST environment: an integrated proteomics data repository and database (2018)
  • Author(s): Moriya Yuki、Kawano Shin、Okuda Shujiro、Watanabe Yu、Matsumoto Masaki、Takami Tomoyo、Kobayashi Daiki、Yamanouchi Yoshinori、Araki Norie、Yoshizawa Akiyasu C、Tabata Tsuyoshi、Iwasaki Mio、Sugiyama Naoyuki、Tanaka Satoshi、Goto Susumu、Ishihama Yasushi
  • Journal Title: Nucleic Acids Research Volume: 47 Issue: D1 Pages: 1218-1224
  • DOI: 10.1093/nar/gky899
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Glutamate-rich WD40 repeat containing 1 regulates ribosomal protein L23 levels via the ubiquitin-proteasome system. (2018)
  • Author(s): Watanabe, S., Fujiyama, H., Takafuji, T., Kayama, K., Matsumoto, M., Nakayama, KI., Yoshida, K., Sugimoto, N. (Corresponding author), and Fujita, M.
  • Journal Title: Journal of Cell Science Volume: 131 Issue: 15 Pages: 213009-213009
  • DOI: 10.1242/jcs.213009
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] PKM1 Confers Metabolic Advantages and Promotes Cell-Autonomous Tumor Cell Growth. (2018)
  • Author(s): M Morita, T Sato, M Nomura, Y Sakamoto, Y Inoue, R Tanaka, S Ito, K Kurosawa, K Yamaguchi, Y Sugiura, H Takizaki, Y Yamashita, R Katakura, I Sato, Y Okada, H Watanabe, G Kondoh, et al.
  • Journal Title: Cancer Cell Volume: 12 Issue: 3 Pages: 355-367
  • DOI: 10.1016/j.ccell.2018.02.004
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Transcription Factor PU.1 Represses and Activates Gene Expression in Early T Cells by Redirecting Partner Transcription Factor Binding (2018)
  • Author(s): Hosokawa Hiroyuki、Ungerb?ck Jonas、Wang Xun、Matsumoto Masaki、Nakayama Keiichi I.、Cohen Sarah M.、Tanaka Tomoaki、Rothenberg Ellen V.
  • Journal Title: Immunity Volume: 48 Issue: 6 Pages: 1119-1134.e7
  • DOI: 10.1016/j.immuni.2018.04.024
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Insulin-like growth factor 1 receptor stabilizes the ETV6-NTRK3 chimeric oncoprotein by blocking its KPC1/Rnf123-mediated proteasomal degradation (2018)
  • Author(s): Tognon, C. E., Rafn, B., Cetinbas, N. M., Kamura, T., Trigo, G., Rotblat, B., Okumura, F., Matsumoto, M., Chow, C., Davare, M., Pollak, M., Mayor, T., and Sorensen, P. H.
  • Journal Title: J Biol Chem Volume: 293 Issue: 32 Pages: 12502-12515
  • DOI: 10.1074/jbc.ra117.000321
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The promise of targeted proteomics for quantitative network biology (2018)
  • Author(s): Matsumoto Masaki、Nakayama Keiichi I
  • Journal Title: Current Opinion in Biotechnology Volume: 54 Pages: 88-97
  • DOI: 10.1016/j.copbio.2018.02.014
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Noncanonical Pathway for Regulation of CCL2 Expression by an mTORC1-FOXK1 Axis Promotes Recruitment of Tumor-Associated Macrophages (2017)
  • Author(s): Nakatsumi Hirokazu、Matsumoto Masaki、Nakayama Keiichi I.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 21 Issue: 9 Pages: 2471-2486
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2017.11.014
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Robotic crowd biology with Maholo LabDroids. (2017)
  • Author(s): Yachie N; Robotic Biology Consortium (inc. Masaki Matsumoto)., Natsume T.
  • Journal Title: Nature Biotechnology Volume: 35 Issue: 4 Pages: 310-312
  • DOI: 10.1038/nbt.3758
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] iMPAQT: a scalable and flexible platform for the quantification of proteins of interest (2018)
  • Author(s): 松本 雅記、中山 敬一
  • Organizer: 第91回日本生化学会
• [Presentation] iMPAQT ver.2.0: 拡張性と柔軟性を備えたタンパク質絶対定量プラットフォーム (2018)
  • Author(s): 松本 雅記、中山 敬一
  • Organizer: MSP201
• [Presentation] Robotics promotes accurate and reproducible data acquisition in proteomics (2018)
  • Author(s): Masaki Matsumoto
  • Organizer: Robotics and Semantic Systems for Biology Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] iMPAQT: A Platform for Large-Scale Targeted Proteomics Based on an in Vitro Human Proteome (2017)
  • Author(s): 松本雅記、中山敬一
  • Organizer: 日本プロテオーム学会
• [Presentation] iMPAQT: A platform for large-scale targeted proteomics based on an in vitro human proteome (2017)
  • Author(s): 松本雅記
  • Organizer: 第65質量分析総合討論会
  • Invited