直鎖状ユビキチン鎖が制御する新規オートファジー機構の解明

• Project Area: Multimode autophagy: Diverse pathways and selectivity
• Project/Area Number: 20H05337
• 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: 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): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: 直鎖状ユビキチン鎖 / 筋萎縮性側索硬化症 / NDP52 / マイトファジー / ALS

Outline of Research at the Start

ユビキチンは、オートファジーにより分解されるタンパク質の標識として機能する重要な分子である。中でも、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」は、近年、Xenophagyを始めとした選択的オートファジーにおいて重要な機能を担うことが示され始めている。本研究では、独自の研究ツールを用いたスクリーニングにより、直鎖状ユビキチン鎖が制御する新規オートファジー系を見出し、当該現象を取り巻く因子群の全体像を明らかにし、その分子メカニズムを解明する。

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」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鎖として、大きな注目を集めている。これまでの研究から、細胞内で直鎖状ユビキチン鎖を生成する唯一のE3複合体としてHOIL-1L、HOIP、SHARPINからなるLUBAC(linear ubiquitin chain assembly complex)が同定され、様々な疾患と関連することが報告されている。また近年では、Xenophagyなどの選択的オートファジー系にも寄与することが示されている。
本年度は、申請者が独自に見出した直鎖状ユビキチン鎖の代謝異常に伴い亢進する新規タンパク質分解機構に関して、前年度に引き続き化合物ライブラリーやsiRNAを用いて責任因子の探索を進めた。しかしながら、タンパク質分解を顕著に亢進/抑制させる因子を同定することはできなかった。
また、独自のLUBAC活性阻害剤（HOIPINs）を利用して、直鎖状ユビキチン鎖と神経変性疾患因子のプロテオスタシスとの関連性について解析を進め、筋萎縮性側索硬化症（ALS）の原因遺伝子として知られるTDP43が、細胞質局在化に伴いLUBACと結合し直鎖状ユビキチン化されること、また、この直鎖状ユビキチン化がK48型ユビキチン鎖と協調してTDP43の凝集体形成を亢進させる可能性を見出した。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3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] 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] 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] 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] 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] 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
• [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"
  • Int'l Joint Research / 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
• [Remarks] 大阪市立大学大学院医学研究科分子病態学
  • URL: http://osaka-cu-1seika.umin.jp/