直鎖状ユビキチン鎖を標的としたケモテクノロジーによる病態解析

• Project Area: New frontier for ubiquitin biology driven by chemo-technologies
• Project/Area Number: 19H05296
• 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: Osaka City University
• Principal Investigator: 及川 大輔 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 准教授 (20455330)
• 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: 直鎖状ユビキチン鎖 / 化合物 / 炎症性疾患 / 阻害剤

Outline of Research at the Start

ユビキチンのN末端を介した特殊な連結様式により形成される「直鎖状ユビキチン鎖（M1鎖コード）」は、NF-kBなどの炎症シグナルや細胞死を制御するユニークかつ希少なユビキチンコードとして、近年、大きな注目を集めている。本研究では、独自の阻害剤を含む各種研究ツールを駆使しM1鎖コードを標的としたケモテクノロジー解析を進め、生理機能と動作原理、さらに、その破綻に伴う各種病態形成の分子機序を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

ユビキチンのN末端を介した特殊な連結様式により形成される「直鎖状ユビキチン鎖(M1鎖コード)」は、NF-kBなどの炎症シグナルや細胞死を制御するユニークかつ希少なユビキチンコードとして、近年、大きな注目を集めている。本研究では、独自の阻害剤を含む各種研究ツールを駆使しM1鎖コードを標的としたケモテクノロジー解析を進め、生理機能と動作原理、さらに、その破綻に伴う各種病態形成の分子機序を明らかにする。
これまでの研究において、LUBACに対する強力かつ特異的な阻害剤としてHOIPINsを同定した（SLAS Discov. 2018；BBRC. 2019；Commun Biol. 2020）。中でもHOIPIN-8は、LUBACの活性中心であるHOIPサブユニットにマイケル反応により結合しユビキチンリガーゼ活性を抑制し、細胞レベルにおいて炎症性サイトカインや病原体分子パターン(PAMPs)によりLUBACを経由するNF-kBやIFN-b活性化を抑制した。一方で、TNF-aによって誘導される外因性アポトーシスを増強し、さらに、ABC-DLBCL(活性化B細胞様びまん性大細胞型 B細胞リンパ腫)細胞の増殖を選択的に抑制し、イミキモド添加によるマウス乾癬モデルにおいて、表皮の肥厚を抑制し、病変組織における各種サイトカイン(IL- 17、22、23)の誘導を抑制するなどの病態抑制効果を示した(Commun Biol. 2020)。
また、OTULIN阻害剤開発に関しても、各種in vitro解析やADME解析を含む共同研究から新たな知見が得られ、細胞膜透過性やOTULIN活性阻害能が大きく向上した候補化合物を取得することが出来た。

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] Capacity of extracellular globins to reduce liver fibrosis via scavenging reactive oxygen species and promoting MMP-1 secretion. (2022)
  • Author(s): Hieu VN, Thuy LTT, Hai H, Dat NQ, Hoang DV, Hanh NV, Phuong DM, Hoang TH, Sawai H, Shiro Y, Sato-Matsubara M, Oikawa D, Tokunaga F, Yoshizato K, Kawada N.
  • Journal Title: Redox Biol. Volume: 52 Pages: 102286-102286
  • DOI: 10.1016/j.redox.2022.102286
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The synchronized gene expression of retrotransposons and type I interferon in dermatomyositis. (2021)
  • Author(s): Kuriyama Y, Shimizu A, Kanai S, Oikawa D, Tokunaga F, Tsukagoshi H, Ishikawa O.
  • Journal Title: Journal of American Academy of Dermatology Volume: 84 Issue: 4 Pages: 1103-1105
  • DOI: 10.1016/j.jaad.2020.05.051
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 6His-tagged Recombinant Human Cytoglobin Deactivates Hepatic Stellate Cells and Inhibits Liver Fibrosis by Scavenging Reactive Oxygen Species (2021)
  • Author(s): Ninh Quoc Dat, Le Thi Thanh Thuy, Vu Ngoc Hieu, Fuminori Tokunaga, Massimo Pinzani, and Norifumi Kawada
  • Journal Title: Hepatology Volume: 0-0 Issue: 6 Pages: 0-0
  • DOI: 10.1002/hep.31752
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Crosstalk Between NDP52 and LUBAC in Innate Immune Responses, Cell Death, and Xenophagy. (2021)
  • Author(s): Miyashita H, Oikawa D, Terawaki S, Kabata D, Shintani A, Tokunaga F.
  • Journal Title: Frontiers in Immunology Volume: 12 Pages: 635475-635475
  • DOI: 10.3389/fimmu.2021.635475
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Th2 cells and macrophages cooperatively induce allergic inflammation through histamine signaling (2021)
  • Author(s): Iwasaki N, Terawaki S, Shimizu K, Oikawa D, Sakamoto H, Sunami K, Tokunaga F.
  • Journal Title: Plos One Volume: - Issue: 3 Pages: e0248158-e0248158
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0248158
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Th2 cell-derived histamine is involved in nasal Th2 infiltration in mice (2021)
  • Author(s): Iwasaki N, Terawaki S, Shimizu K, Oikawa D, Sakamoto H, Sunami K, Tokunaga F.
  • Journal Title: Inflammation Research Volume: In press Issue: 5 Pages: 539-541
  • DOI: 10.1007/s00011-021-01458-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Coordination of retrotransposons and type I interferon with distinct interferon pathways in dermatomyositis, systemic lupus erythematosus and autoimmune blistering disease (2021)
  • Author(s): Kuriyama Yuko、Shimizu Akira、Kanai Saki、Oikawa Daisuke、Motegi Sei-ichiro、Tokunaga Fuminori、Ishikawa Osamu
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 23146-23146
  • DOI: 10.1038/s41598-021-02522-6
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Involvement of linear ubiquitination in neurodegenerative diseases and development of LUBAC inhibitors (2020)
  • Author(s): 及川 大輔、伊東 秀文、徳永 文稔
  • Journal Title: 生化学 Volume: 92 Issue: 1 Pages: 28-34
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2020.920028
  • ISSN: 0037-1017
  • Year and Date: 2020-02-25
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Linear ubiquitin code: Its writer, erasers, decoders, inhibitors, and implications in disorders. (2020)
  • Author(s): Oikawa D, Sato Y, Ito H, and Tokunaga F.
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 21 Issue: 9 Pages: 3381-3381
  • DOI: 10.3390/ijms21093381
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cellular and Mathematical Analyses of LUBAC Involvement in T Cell Receptor-Mediated NF-κB Activation Pathway (2020)
  • Author(s): D.Oikawa, N.Hatanaka, T.Suzuki, F.Tokunaga
  • Journal Title: Frontiers in Immunology Volume: 11 Pages: 601926-601926
  • DOI: 10.3389/fimmu.2020.601926
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Subquinocin, a small molecule inhibitor of CYLD and USP-family deubiquitinating enzymes, promotes NF-κB signaling (2020)
  • Author(s): Yamanaka Satoshi、Sato Yusuke、Oikawa Daisuke、Goto Eiji、Fukai Shuya、Tokunaga Fuminori、Takahashi Hirotaka、Sawasaki Tatsuya
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 524 Issue: 1 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2019.12.049
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Molecular bases for HOIPINs-mediated inhibition of LUBAC and innate immune responses. (2020)
  • Author(s): Oikawa D, Sato Y, Ohtake F, Komakura K, Hanada K, Sugawara K, Terawaki S, Mizukami Y, Phuong HT, Iio K, Obika S, Fukushi M, Irie T, Tsuruta D, Sakamoto S, Tanaka K, Saeki Y, Fukai S, Tokunaga F.
  • Journal Title: Communications Biology Volume: -
• [Presentation] 直鎖状ユビキチン修飾を介した炎症・免疫応答制御機構の研究 (2021)
  • Author(s): 及川大輔
  • Organizer: 第67回日本生化学会近畿支部例会
  • Invited
• [Presentation] 全身性エリテマトーデス、皮膚筋炎、自己免疫水泡症における協調したレトロトランスポゾンとⅠ型IFN経路の特徴 (2021)
  • Author(s): 栗山 裕子、清水 晶、金井 早紀、及川 大輔、徳永 文稔、石川 治、茂木 精一郎
  • Organizer: 第68回北関東医学会総会
• [Presentation] A novel LUBAC-associated protein plays important roles in inflammatory response through regulation of programmed cell death. (2021)
  • Author(s): Tran Thi Thuy Linh、清水 康平、及川 大輔、高橋 宏隆、澤崎 達也、徳永 文稔
  • Organizer: 第94回日本生化学会大会
• [Presentation] Identification of OTUD1 deubiquitinase as a regulator for innate immune responses, cell death, and inflammatory bowel disease (2021)
  • Author(s): Oikawa D, Gi M, Kosako H, Shimizu K, Shiota M, Takahashi H, Sawasaki T, Tokunaga F.
  • Organizer: 第94回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] LUBACユビキチンリガーゼと直鎖状ユビキチン鎖が筋萎縮性側索硬化症関連 タンパク質TDP-43の細胞質内凝集形成を促進する (2021)
  • Author(s): 寺脇正剛、張強、及川大輔、林邦忠、布村一人、駒川晋輔、臼杵克之助、徳永文稔
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 直鎖状ポリユビキチン鎖デコーダーZnUBPのNF-kBシグナル制御機構の解明 (2021)
  • Author(s): 岩崎誠、長尾和哉、及川大輔、小迫英尊、徳永文稔、高橋宏隆、澤崎達也
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
• [Presentation] A novel LUBAC-associated protein regulates NF-kB activation, apoptosis and necroptosis pathway. (2021)
  • Author(s): 清水康平、Tran Thi Thuy Linh、 及川大輔、高橋宏隆、澤崎達也、徳永文稔
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Cellular functions regulated by complex-type ubiquitination including linear polyubiquitin chain (2021)
  • Author(s): Tokunaga F, Terawaki S, Oikawa D, Shimizu K.
  • Organizer: 第44回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] 非定型型直鎖状ユビキチン鎖を足場とするNF-κB活性化の細胞機能と数理モデル (2020)
  • Author(s): 徳永文稔、及川大輔、畑中尚也、鈴木貴
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] Molecular bases for HOIPINs-mediated inhibition of LUBAC and innate immune responses. (2020)
  • Author(s): Oikawa D, Tokunaga F.
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] NDP52のユビキチン結合性を介した炎症応答・細胞死制御とLUBAC阻害剤の影響 (2020)
  • Author(s): 宮下裕久、及川大輔、寺脇正剛、徳永文稔
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会
• [Presentation] Mathematical Model of Linear Ubiquitination-mediated NF-κB Activation Pathway (2020)
  • Author(s): Tokunaga F, Oikawa D, Hatanaka N, Suzuki T.
  • Organizer: JSPS Core-to-Core Program “Establishing International Research Network of Mathematical Oncology"
  • Invited
• [Presentation] Involvement of atypical linear ubiquitin as a scaffold for inflammatory signaling and proteinopathy (2020)
  • Author(s): 徳永文稔、伊東秀文、及川大輔
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] Comprehensive identification and functional analysis of novel decoder molecules for linear polyubiquitin chain using a wheat cell-free system. (2020)
  • Author(s): Takahashi H, Nagao K, Iwasaki M, Sato Y, Oikawa D, Tokunaga F, Sawasaki T.
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] Screening and characterization of novel LUBAC inhibitors, HOIPINs. (2019)
  • Author(s): Oikawa D, Katsuya K, Hanada K, Sugawara K, Tsuruta D, Sakamoto S, Tokuanga F.
  • Organizer: Cold Spring Harbor Laboratory meeting: Ubiquitins, Autophagy & Disease.
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 直鎖状ユビキチン鎖を足場とした免疫シグナル制御に関する数理モデル解析 (2019)
  • Author(s): 及川大輔
  • Organizer: 日本応用数理学会2019年度年会
  • Invited
• [Presentation] 自然免疫制御に関わる新規脱ユビキチン化酵素OTUD1の同定と生理機能解析 (2019)
  • Author(s): 駒倉啓大、及川大輔、徳永文稔
  • Organizer: 第24回日本病態プロテアーゼ学会学術集会
• [Presentation] LUBACシグナルソームによる自然免疫応答の選択的制御 (2019)
  • Author(s): 及川大輔、駒倉啓大、阿部貴則、飯尾清誠、小比賀真吾、勝矢健、花田和希、坂本信二、徳永文稔
  • Organizer: 第91回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] "まっすぐ”なユビキチン鎖を狙った創薬アプローチ (2019)
  • Author(s): 及川大輔
  • Organizer: 第9回CSJ化学フェスタ2019
  • Invited
• [Presentation] LUBACによるT細胞受容体シグナル制御に関する細胞・生化学及び数理モデル解析 (2019)
  • Author(s): 及川大輔、畑中尚也、鈴木貴、徳永文稔
  • Organizer: 第14日本臨床ストレス応答学会大会
• [Presentation] LRBA DUF1088ドメインの自然免疫制御における重要性 (2019)
  • Author(s): 及川大輔、駒倉啓大、福士雅也、入江崇、堀居拓郎、畑田出穂、坂口剛正、徳永文稔
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 脱ユビキチン化酵素OTUD1によるNF-κB経路とインターフェロン産生経路の相反的制御 (2019)
  • Author(s): 駒倉啓大、及川大輔、徳永文稔
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 直鎖状ポリユビキチン鎖結合タンパク質ZnUBPファミリーのNF-κB抑制機構の解明 (2019)
  • Author(s): 高橋宏隆、及川大輔、長尾和哉、岩崎誠、今井祐記、徳永文稔、澤崎達也
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会