ケモテクノロジーを活用したプレエンプティヴ経路特異的Ubデコーダーの作動機構解明

• Project Area: New frontier for ubiquitin biology driven by chemo-technologies
• Project/Area Number: 19H05293
• 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: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: 川原 裕之 東京都立大学, 理学研究科, 教授 (70291151)
• 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: Chemotechnology / Ubiquitin / UBA domain / Proteasome / Protein degradation / Preemptive / BAG6 / UBQLN / ユビキチン / ケモテクノロジー / タンパク質品質管理 / タンパク質分解 / E3リガーゼ / タンパク質の品質管理

Outline of Research at the Start

本研究では、新合成タンパク質の品質管理をケモユビキチン研究のターゲットとしてとらえ、BAG6複合体の作動機構をケモテクノロジーの手法を駆使して解明する。特に、プレエンプティブ経路においてキーとなる幾つかのステップ：
１）凝集性不良膜タンパク質の峻別とポリユビキチン化
２）複数のBAG6会合ポリユビキチンデコーダーの使い分けとデコーダー特異的阻害薬の開発、
３）プロテアソーム依存的分解系へのターゲティングと制御、
これらが同一複合体上で逐次進行するBAG6複合体のユニークな特質に鑑み、各ステップを特異的に阻害する化合物スクリーニングを行うことを目指している。

Outline of Annual Research Achievements

BAG6は、リボソームから小胞体へのポリペプチド配送を監視するプレエンプティヴ品質管理を差配している。最近、我々は、BAG6には多くのユビキチンデコーダー（ユビキチン結合タンパク質）、並びにユビキチンリガーゼ群が会合していることを見出した。さらに、BAG6依存的タンパク質品質管理経路は、凝集性プリオンあるいは変異インスリン代謝の中核として機能することが、我々の最近の研究から判明しつつある（未発表）。本研究期間中、BAG6が中核となるプレエンプティヴ品質管理を標的に、神経変性疾患および糖尿病（１型、および２型）の克服に向けたユビキチン創薬への応用を目指して、その基礎となる多くの研究成果を公表することができた。
一昨年度、我々は、BAG6が低分子量GTPase群のユビキチン化と選択的分解に関わること(Takahashi et al., EMBO Rep., 2019)、障害ミトコンドリアの細胞内輸送に関与すること(Hayashishita et al., FEBS Open Bio., 2019)、心筋ミトコンドリアの恒常性維持に関わるG0S2の分解に関わること（Kamikubo et al., J. Biol. Chem., 2019）などを論文として公表した。また、グルコース輸送体GLUT4のインスリン依存性細胞内輸送に関与すること(Minami et al., Biol. Open., 2020)を昨年度に発表した。一方、細胞内に蓄積した構造不良タンパク質を特異的に認識する新規プローブTanGIBLEの開発に成功した。このように、我々の研究は当初の予想を超えた領域にまで進みつつある。

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

• [Int'l Joint Research] University of Cambridge/MRC(英国)
• [Int'l Joint Research] University of Manchester(英国)
• [Int'l Joint Research] University of California/San Francisco(米国)
• [Journal Article] Pre-emptive quality control in selective membrane protein degradation (2020)
  • Author(s): 川原 裕之、南 雪也、宮内 真帆、高橋 俊樹
  • Journal Title: 生化学 Volume: 92 Issue: 2 Pages: 247-252
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2020.920247
  • NAID: 40022245266
  • ISSN: 0037-1017
  • Year and Date: 2020-04-25
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nuclear accumulation of ZFP36L1 is cell cycle-dependent and determined by a C-terminal serine-rich cluster. (2020)
  • Author(s): Matsuura, Y., Noguchi, A., Yokota, N., and Kawahara, H.
  • Journal Title: J. Biochem. Volume: 168 Issue: 5 Pages: 477-489
  • DOI: 10.1093/jb/mvaa072
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] BAG6 contributes glucose uptake by supporting the cell surface translocation of the glucose transporter GLUT4. (2020)
  • Author(s): Mimami, S., Yokota, N., and Kawahara, H.
  • Journal Title: Biol. Open. Volume: 9 Pages: 477-489
  • DOI: 10.1242/bio.047324
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cytoplasmic control of Rab family small GTPases through BAG6 (2019)
  • Author(s): Takahashi Toshiki、Minami Setsuya、Tsuchiya Yugo、Tajima Kazu、Sakai Natsumi、Suga Kei、Hisanaga Shin‐ichi、Ohbayashi Norihiko、Fukuda Mitsunori、Kawahara Hiroyuki
  • Journal Title: EMBO reports Volume: 20 Issue: 4
  • DOI: 10.15252/embr.201846794
  • NAID: 120007127921
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A molecular triage process mediated by RING finger protein 126 and BCL2-associated athanogene 6 regulates degradation of G0/G1 switch gene 2 (2019)
  • Author(s): Kamikubo Kenta、Kato Hisakazu、Kioka Hidetaka、Yamazaki Satoru、Tsukamoto Osamu、Nishida Yuya、Asano Yoshihiro、Imamura Hiromi、Kawahara Hiroyuki、Shintani Yasunori、Takashima Seiji
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 294 Issue: 40 Pages: 14562-14573
  • DOI: 10.1074/jbc.ra119.008544
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] TAS-203, an oral phosphodiesterase 4 inhibitor, suppresses goblet cell hyperplasia and MUC5AC production in rodent models. (2019)
  • Author(s): Demizu, S., Asaka, M., Kawahara, H. and Sasaki, E.
  • Journal Title: Eur. J. Pharmacol. Volume: 849 Pages: 22-29
  • DOI: 10.1016/j.ejphar.2019.01.068
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] BAG6 deficiency induces mis-distribution of mitochondrial clusters under depolarization. (2019)
  • Author(s): Hayashishita, M., Kawahara, H., and Yokota N.
  • Journal Title: FEBS Open Bio. Volume: 9 Issue: 7 Pages: 1281-1291
  • DOI: 10.1002/2211-5463.12677
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Possible new splicing mechanism via intronic ARE. “Forum: Challenge to resolve mysteries in the RNA-mediated regulation of gene expression. (2020)
  • Author(s): 1.Matsuura, Y., Noguchi, A., Yokota, N., Fujita, K. Fukumura, K., Mayeda, A., and Kawahara, H.
  • Organizer: The 43rd Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan
  • Invited
• [Presentation] Cytoplasmic control of Rab family small GTPases through BAG6. (2019)
  • Author(s): Kawahara, H., Minami, S., Takahashi, T.
  • Organizer: EMBO Workshop 2019 The ubiquitin system: Biology mechanisms and roles in disease
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Regulatory mechanism for localization of RNA binding protein ZFP36L1. (2019)
  • Author(s): Matsuura, Y., Noguchi, A., Yokota, N., Kawahara, H.
  • Organizer: Cold Spring Harbor meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 不良ポリペプチドを強固に認識する新規プローブDOBLEの開発 (2019)
  • Author(s): 宮田宗太郎、川原裕之
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 低分子量Gタンパク質RhoAのユビキチン化を抑制する新規メカニズムの同定 (2019)
  • Author(s): 宮内真帆、川原裕之
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 膜タンパク質Ptc1の局在と安定性を規定するメカニズムの解明 (2019)
  • Author(s): 岡田直樹、川原裕之
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
• [Book] 生化学 (2020)
  • Author(s): 川原 裕之、南 雪也、宮内 真帆、高橋 俊樹
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 日本生化学会
• [Remarks] 東京都立大学理学部生命科学科ホームページ
  • URL: https://www.biol.se.tmu.ac.jp/labo.asp?ID=celche