新生鎖による小胞体還元ネットワーク構築機構の解明

• Project Area: Nascent-chain Biology
• Project/Area Number: 17H05675
• 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: Kyoto Sangyo University
• Principal Investigator: 潮田 亮 京都産業大学, 総合生命科学部, 研究助教 (30553367)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥7,670,000 (Direct Cost: ¥5,900,000、Indirect Cost: ¥1,770,000); Fiscal Year 2018: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2017: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
• Keywords: レドックス / タンパク質品質管理 / ストレス応答 / 分子シャペロン / 小胞体 / 小胞体関連分解 / フォールディング / ERdj5 / カルシウム / 恒常性

Outline of Annual Research Achievements

我々は、小胞体で初めて還元活性に特化した還元酵素ERdj5を発見し、タンパク質品質管理、特に小胞体関連分解に重要な寄与を果たしていることを明らかにした（R. Ushioda et al. Science 2008、M.Hagiwara et al. Mol. Cell 2011、R. Ushioda et al. Mol. Biol. Cell. 2013）。さらに、ERdj5の新しい機能として、小胞体内腔のカルシウム調節にも関わることを明らかにし（R. Ushioda et al. PNAS 2016）、また小胞体膜上に存在するカルシウムチャネルの制御も担うという発見もした（未発表）。さらに、研究領域内での共同研究として東北大学稲葉らグループとSERCA2bカルシウムポンプの構造を世界で初めて解明した（Inoue et al. Cell reports, in press）。本研究では、ERdj5の還元メカニズムに関して新生鎖に着目し、小胞体に挿入された新生鎖の還元力が小胞体のレドックス環境に与える影響、およびERdj5の還元力の供給に着目して研究を行ってきた。ジスルフィド結合依存的クロスリンカーによって、これまで同定された結合タンパク質とは候補を同定した（K.Araki et al. Anal. Biochem 2017）。ERdj5との結合タンパク質を同定し、酸化酵素Ero1が新生鎖からERdj5の電子の移行を仲介している可能性が強く示唆された。また、結合サイトの同定にも成功し、両タンパク質のドッキングシュミレーションでは構造的にも電子伝達の可能性を示唆するデータを得ることが出来た。さらに、ERdj5、Ero1、PDIをそれぞれ精製し、試験管内などで酸素電極を用いた実験を行い、ERdj5がEro1から電子を奪う、決定的証拠をつかみ、論文投稿を目指している。

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

• [Int'l Joint Research] University of Windsor(カナダ)
• [Int'l Joint Research] University of Reading/University of Cambridge(英国)
• [Int'l Joint Research] University of Reading(英国)
• [Int'l Joint Research] University of Windsor(カナダ)
• [Int'l Joint Research] Bielefeld University(ドイツ)
• [Journal Article] Structural basis of sarco/endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase 2b regulation via transmembrane helix interplay (2019)
  • Author(s): Michio Inoue, Nanami Sakuta, Satoshi Watanabe, Yuxia Zhang, Kunihito Yoshikaie, Yoshiki Tanaka, Ryo Ushioda, Yukinari Kato, Junichi Takagi, Tomoya Tsukazaki, Kazuhiro Nagata, Kenji Inaba
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 27 Issue: 4 Pages: 1221-1230
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2019.03.106
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Chaperone Protein HSP47: A Platelet Collagen Binding Protein that Contributes to Thrombosis and Haemostasis (2018)
  • Author(s): Sasikumar P、AlOuda K.S、Kaiser W J、Holbrook L.M、Kriek N、Unsworth J.A、Bye A.P、Sage T、Ushioda R、Nagata K、Farndale R.W、Gibbins J M
  • Journal Title: Journal of Thrombosis and Haemostasis Volume: 16 Issue: 5 Pages: 1-14
  • DOI: 10.1111/jth.13998
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Conserved Residues Lys57 and Lys401 of Protein Disulfide Isomerase Maintain an Active Site Conformation for Optimal Activity: Implications for Post-Translational Regulation (2018)
  • Author(s): Caba Cody、Ali Khan Hyder、Auld Janeen、Ushioda Ryo、Araki Kazutaka、Nagata Kazuhiro、Mutus Bulent
  • Journal Title: Frontiers in Molecular Biosciences Volume: 5 Pages: 5-18
  • DOI: 10.3389/fmolb.2018.00018
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Redox-Mediated Regulatory Mechanisms of Endoplasmic Reticulum Homeostasis (2018)
  • Author(s): Ushioda Ryo、Nagata Kazuhiro
  • Journal Title: Cold Spring Harbor Perspectives in Biology Volume: 1 Issue: 5 Pages: a033910-a033910
  • DOI: 10.1101/cshperspect.a033910
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A crosslinker-based identification of redox relay targets (2017)
  • Author(s): Araki K, Ushioda R, Kusano H, Tanaka R, Hatta T, Fukui K, Nagata K, Natsume T
  • Journal Title: Anal. Biochem. Volume: 1;520 Pages: 22-26
  • DOI: 10.1016/j.ab.2016.12.025
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Highly Dynamic Nature of ERdj5 Is Key to Efficient Elimination of Aberrant Protein Oligomers through ER-Associated Degradation. (2017)
  • Author(s): Maegawa KI, Watanabe S#, Noi K#, Okumura M#, Amagai Y#, Inoue M, Ushioda R, Nagata K, Ogura T, Inaba K.(#equal contribution)
  • Journal Title: Structure Volume: 25 Issue: 6 Pages: 846-857
  • DOI: 10.1016/j.str.2017.04.001
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 酸化的環境で還元反応の場を提供する新生鎖の役割 (2018)
  • Author(s): 潮田 亮
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Nascent chain as Electron donor for disulfide reductase in the ER (2018)
  • Author(s): Ryo Ushioda
  • Organizer: International symposium "Proteins: from the Cradle to the Grave"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Deficiency of ER-resident reductase ERdj5 causes disruption of Mitochondrial morphology (2018)
  • Author(s): Riyuji Yamashita, Ryo Ushioda, Kazuhiro Nagata
  • Organizer: FASEB Meeting"Protein Research Conferences"
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Maintenance of ER homeostasis through disulfide reductase ERdj5 (2018)
  • Author(s): Ryo Ushioda
  • Organizer: International workshop of CSSI
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Maintenance of ER Homeostasis through Disulfide Reductase Erdj5 (2018)
  • Author(s): Ryo Ushioda
  • Organizer: 東京工業大学化学生命科学研究所国際フォーラム
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Distinct cysteine pairs contribute to assembly and regulation of ins(1,4,5)P3 receptors (2018)
  • Author(s): Shohei Fujii, Ryo Ushioda and Kazuhiro Nagata
  • Organizer: The 15th international Meeting of the European Calcium Society
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Electron donor for disulfide reductase ERdj5 in ER (2017)
  • Author(s): Ryo Ushioda
  • Organizer: ER Redox meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] レドックス制御による小胞体恒常性維持機構の解明 (2017)
  • Author(s): 潮田亮
  • Organizer: 生理学研究所研究会「オルガネラダイナミクスの新規制御機構とその病態生理」
  • Invited
• [Presentation] Electron donor for disulfide reductase ERdj5 in ER (2017)
  • Author(s): Ryo Ushioda
  • Organizer: International Symposium on Protein Quality Control
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Redox-assisted regulation of ER homeostasis (2017)
  • Author(s): 潮田亮
  • Organizer: 第69回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] 新生鎖による還元酵素ERdj5の還元メカニズム (2017)
  • Author(s): 潮田亮
  • Organizer: 第17回日本蛋白質科学会年会
  • Invited
• [Presentation] Electron donor for disulfide reductase ERdj5 in ER (2017)
  • Author(s): 潮田亮
  • Organizer: 第12回小胞体ストレス研究会
• [Presentation] Redox regulation for Hormesis in ER (2017)
  • Author(s): 潮田亮
  • Organizer: Conbio2017生命科学系学会合同年次大会
• [Book] エレクトロンダイナミクスが支える生命の生存戦略 (2019)
  • Author(s): 潮田亮、本橋ほづみ、西田基宏、赤池孝章、増田真二、三木裕明、澤智裕
  • Publisher: ニューサイエンス社
• [Book] レドックス疾患学 (2018)
  • Author(s): 潮田亮、赤池孝章、本橋ほずみ、内田浩二、末松誠、澤智裕、居原秀、渡邊泰男、西田基宏、住吉英樹、森泰生、一條秀憲、山本雅之、久堀徹、伊東健、熊谷嘉人、富澤一仁、浦野泰照、中川秀彦、上原孝
  • Total Pages: 276
  • Publisher: 羊土社
  • ISBN: 4758103690
• [Book] 蛋白質代謝医学 (2018)
  • Author(s): 潮田亮、田中啓二、胡桃坂仁志、上田卓也、稲田利文、田口英樹、後藤祐児、吉田賢右、永田和宏、加藤晃一、伊藤維昭、河野憲二、遠藤斗志也、藤木幸夫、岩井一宏、三浦正幸、水島昇、小松雅明、小椋光、川原裕之
  • Total Pages: 1149
  • Publisher: 医歯薬出版株式会社
• [Book] レドックス疾患学 (2018)
  • Author(s): 赤池 孝章
  • Total Pages: 276
  • Publisher: 羊土社
  • ISBN: 9784758103695
• [Remarks] Ushioda Lab homepage （潮田研究室ホームページ）
  • URL: http://ushioda-lab.com/
• [Remarks] 京都産業大学 永田研究室ホームページ
  • URL: http://www.cc.kyoto-su.ac.jp/~nagata/ushioda_profile.html