TRIM型ユビキチンリガーゼの物性と動作原理の解析

• Project Area: New frontier for ubiquitin biology driven by chemo-technologies
• Project/Area Number: 19H05280
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 畠山 鎮次 北海道大学, 医学研究院, 教授 (70294973)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000); Fiscal Year 2020: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000); Fiscal Year 2019: ¥4,030,000 (Direct Cost: ¥3,100,000、Indirect Cost: ¥930,000)
• Keywords: ユビキチン / TRIMタンパク質 / 質量分析 / 構造解析 / ストレス / ユビキチンデコーダー / オートファジー / 免疫

Outline of Research at the Start

ユビキチン化はタンパク質分解を制御することで多くの生命現象を支える極めて重要な翻訳後修飾の一つである。TRIMファミリーはユビキチン化酵素の一つのファミリーであり、様々な機能（がん、免疫、代謝、オートファジーなど）に関与することが報告されている。本研究により、各種疾患におけるTRIMファミリーの役割が解明され、かつその機能を変化させる薬を開発できれば、新たな治療薬をして役立つかもしれない。

Outline of Annual Research Achievements

ユビキチン化はタンパク質分解を制御する翻訳後修飾であり、多くの生命現象を支える極めて重要な翻訳後修飾の一つである。TRIMファミリーはRING型E3ユビキチンリガーゼの一つのファミリー（ヒトでは約７０種）であり、様々な機能（がん、免疫、オートファジーなど）に関与することが知られている。本研究目的は、E3ユビキチンリガーゼであるTRIMタンパク質の「タンパク質」としての物理化学的な性質（物性）を解析し、将来的には創薬研究への知見を集積することである。実際に、TRIMタンパク質の機能を解明するために、基質タンパク質とユビキチンデコーダータンパク質を同定することと、およびTRIMタンパク質の構造を
決定することが重要となる。本年度は、シグナル伝達・選択的オートファジー・DNA修復・等に関与すると考えられているTRIMタンパク質を中心に、質量分析器（Hybrid IonTrap-Orbitrap LC-MS）を使用し、ユビキチン化基質タンパク質の同定を試み、複数のTRIMタンパク質に関して、基質タンパク質候補が同定された。
また、クライオ電顕によってTRIM68の構造解析を行ったところ、コイルドコイルドメインで折れ曲がる構造をしていることが判明し、それが酵素活性において何らかの役割を果たしている可能性が示唆された。
さらに、温度変化などのストレスによってもたらされる物性変化で、どのようにユビキチンリガーゼの酵素活性が影響を受けるかを明らかにするために、ストレス関連E3ユビキチンリガーゼであるCHIPを用いて解析したところ、ヒトの体温である37度周辺に至適温度があり、許容範囲が狭いことが判明した。今後、ストレスに反応して機能すべきユビキチン化酵素が、生体において、いかに温度変化等に対応して機能しているかを明らかにすることが重要である。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Role of intracellular zinc in molecular and cellular function in allergic inflammatory diseases (2021)
  • Author(s): Suzuki Masanobu、Suzuki Takayoshi、Watanabe Masashi、Hatakeyama Shigetsugu、Kimura Shogo、Nakazono Akira、Honma Aya、Nakamaru Yuji、Vreugde Sarah、Homma Akihiro
  • Journal Title: Allergology International Volume: 70 Issue: 2 Pages: 190-200
  • DOI: 10.1016/j.alit.2020.09.007
  • NAID: 130008024307
  • ISSN: 1323-8930, 1440-1592
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The role of Mediator and Little Elongation Complex in transcription termination (2020)
  • Author(s): Takahashi H, Ranjan A, Chen S, Suzuki H, Shibata M, Hirose T, Hirose H, Sasaki K, Abe R, Chen K, He Y, Zhang Y, Takigawa I, Tsukiyama T, Watanabe M, Fujii S, Iida M, Yamamoto J, Yamaguchi Y, Suzuki Y, Matsumoto M, Nakayama KI, Washburn P, Saraf A, Florens L, Sato S, Tomomori-Sato C, Conaway RC, Conaway JW, Hatakeyama S
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 11 Issue: 1 Pages: 1-20
  • DOI: 10.1038/s41467-020-14849-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] NONO is a negative regulator for SOX2 promoter. (2020)
  • Author(s): Liang S, Takahashi H, Hirose T, Kuramitsu Y, Hatakeyama S, Yoshiyama H, Wang R, Hamada J, Iizasa H.
  • Journal Title: Cancer Genomics & Proteomics Volume: 17 Issue: 4 Pages: 359-367
  • DOI: 10.21873/cgp.20195
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] RNA Sensing by Gut Piezo1 Is Essential for Systemic Serotonin Synthesis (2020)
  • Author(s): Sugisawa Erika、Takayama Yasunori、Takemura Naoki、Kondo Takeshi、Hatakeyama Shigetsugu、Kumagai Yutaro、Sunagawa Masataka、Tominaga Makoto、Maruyama Kenta
  • Journal Title: Cell Volume: 182 Issue: 3 Pages: 609-624
  • DOI: 10.1016/j.cell.2020.06.022
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A substrate-trapping strategy to find E3 ubiquitin ligase substrates identifies Parkin and TRIM28 targets (2020)
  • Author(s): Watanabe Masashi、Saeki Yasushi、Takahashi Hidehisa、Ohtake Fumiaki、Yoshida Yukiko、Kasuga Yusuke、Kondo Takeshi、Yaguchi Hiroaki、Suzuki Masanobu、Ishida Hiroki、Tanaka Keiji、Hatakeyama Shigetsugu
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 3 Issue: 1 Pages: 592-592
  • DOI: 10.1038/s42003-020-01328-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Autophagy promotes citrullination of VIM (vimentin) and its interaction with major histocompatibility complex class II in synovial fibroblasts (2019)
  • Author(s): Sugawara Eri、Kato Masaru、Kudo Yuki、Lee Wenshi、Hisada Ryo、Fujieda Yuichiro、Oku Kenji、Bohgaki Toshiyuki、Amengual Olga、Yasuda Shinsuke、Onodera Tomohiro、Hatakeyama Shigetsugu、Atsumi Tatsuya
  • Journal Title: Autophagy Volume: - Issue: 5 Pages: 1-10
  • DOI: 10.1080/15548627.2019.1664144
  • NAID: 120007032618
  • Peer Reviewed