蛋白質分解による時空間的リン酸化シグナル制御機構の解明

• Project Area: Proteolysis in the Regulation of Biological Processes
• Project/Area Number: 21025009
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 松沢 厚 東京大学, 大学院・薬学系研究科, 准教授 (80345256)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥6,400,000 (Direct Cost: ¥6,400,000); Fiscal Year 2010: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2009: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
• Keywords: リン酸化 / ユビキチン化 / キナーゼ複合体 / タンパク質分解 / TRAFアダプター分子 / サイトカイン / CD40受容体 / TLR受容体

Research Abstract

本研究では、ユビキチン化を介した蛋白質分解による時間的・空間的シグナル伝達制御システムを介して、多様な細胞応答が生み出されるメカニズムを分子レベルで明らかにすることを目的としている。昨年度までに、B細胞の機能制御に関わるサイトカイン受容体CD40や自然免疫受容体TLR4では、それぞれMEKK1キナーゼやTAK1キナーゼのシグナル複合体が形成され、共通に、その複合体構成因子であるユビキチン化酵素c-IAPによるTRAF3アダプター分子のユビキチン化分解が、下流のMAPキナーゼシグナル経路の活性化のタイミングと細胞内局在決定に必須であることを明らかにした。MAPキナーゼとは別なNF-κBシグナル経路には、そのような仕組みは存在せず、この仕組みの有無がMAPキナーゼとNF-κBの2つのシグナル経路の活性化の時間的・空間的な違いを生み出していると考えられた。
今年度は、さらにTLR4下流では、TRAF3が上記のような分解関連のK48型ユビキチン化だけでなく、結合型の異なるK63型ユビキチン化修飾されることを見出した。TRAF3がK48型ユビキチン化された場合、TRAF3の分解によって、TAKI→MAPキナーゼ経路が活性化し、最終的にTNF-αやIL-6などの炎症性サイトカインの産生が誘導される。一方、TRAF3がK63型ユビキチン化された場合には、TRAF3は分解されるのではなく、別なキナーゼであるTBKIと結合することによって、TBKI→IRF3経路を活性化させ、最終的にIFN-oLやIFN-βなどの産生を誘導する。これらは、それぞれ細菌感染とウイルス感染に抵抗するための経路であり、TRAF3の異なる結合型のユビキチン化修飾によって、同一分子であっても全く異なる機能が発揮されることを本研究では明らかにした。以上のように、シグナル分子のユビキチン化の有無や異なる結合型のユビキチン化修飾によって、シグナルのタイミングや細胞内局在が微妙に調節され、多様な細胞応答が生み出されるものと考えられる。

Research Products

• [Journal Article] Regulation of the severity of neuroinflammation and demyelination by TLR-ASK1-p38 pathway. (2010)
  • Author(s): Guo X, et al.
  • Journal Title: EMBO Mol.Med. Volume: 2 Pages: 504-515
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] CHIP-dependent termination of MEKK2 regulates temporal ERK activation required for proper hyperosmotic response. (2010)
  • Author(s): Maruyama T, et al.
  • Journal Title: EMBO J. Volume: 29 Pages: 2501-2514
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Regulation of Apoptosis Signal-regulating Kinase 1 in redox signaling. (2010)
  • Author(s): Katagiri K., et al.
  • Journal Title: Methods Enzymol. Volume: 474 Pages: 277-288
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ASK1 : Molecule Pages. (2010)
  • Author(s): Matsuzawa A., et al.
  • Journal Title: UCSD-Nature Signaling Gateway
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Different modes of ubiquitination of the adaptor TRAF3 selectively activate the expression of type I interferons and proinflammatory cytokines (2010)
  • Author(s): Tseng P.H., et al.
  • Journal Title: Nat.Immunol. 11 Pages: 70-75
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Selective activation of the p38 MAPK pathway by synthetic monophosphoryl lipid A. (2009)
  • Author(s): Cekic, C., et al.
  • Journal Title: J.Biol.Chem. 284 Pages: 31982-31991
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Ubiquitin-like sequence in ASK1 plays critical roles in the recognition and stabilization by USP9X and oxidative stress-induced cell death (2009)
  • Author(s): Nagai, H, et al.
  • Journal Title: Mol.Cell 36 Pages: 805-818
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ASK1 and ASK2 differentially regulate the counteracting roles of apoptosis and inflammation in tumorigenesis (2009)
  • Author(s): Iriyama, T., et al.
  • Journal Title: EMBO J. 28 Pages: 843-853
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 活性酸素依存的な結合分子によるASK1キナーゼ活性制御 (2011)
  • Author(s): 松沢厚, 他
  • Organizer: 日本薬学会第131年会(シンポジウム)
  • Place of Presentation: 静岡
• [Presentation] 酸化ストレス依存的な結合タンパク質によるASK1キナーゼ活性制御 (2010)
  • Author(s): 松沢厚, 他
  • Organizer: 第33回日本分子生物学会(ワークショップ)
  • Place of Presentation: 神戸
• [Presentation] Different modes of ubiquitination of the adaptor TRAF3 selectively activate the expression of type I interferons and proinflammatory cytokines (2010)
  • Author(s): Matsuzawa A., et al.
  • Organizer: 14th International Congress of Immunology (Workshop)
  • Place of Presentation: Kobe, JAPAN
• [Presentation] ストレス応答キナーゼASK1の脱ユビキチン化を介したアポトーシス制御機構 (2010)
  • Author(s): 松沢厚, 他
  • Organizer: 第19回日本Cell Death学会
  • Place of Presentation: 名古屋
• [Presentation] Regulatory mechanisms of ROS-induced apoptosis and activation of the stress-responsive kinase ASK1 by the deubiquitinating enzyme USP9X (2010)
  • Author(s): Matsuzawa A., et al.
  • Organizer: The 6th International Conference on the Biology, Chemistry, and Therapeutic Applications of Nitric Oxide (Symposium)
  • Place of Presentation: Kyoto, JAPAN
• [Presentation] Essential cytoplasmic translocation of a cytokine receptor-assembled signaling complex : componente-or redox-responsive kinases (2009)
  • Author(s): 松沢厚
  • Organizer: 公開国際シンポジウム「活性酸素のシグナル伝達機能」
  • Place of Presentation: 南阿蘇
  • Year and Date: 2009-07-18
• [Presentation] キナーゼシグナル封交代のサイトカイン受容体からの細胞質移行による時空間的活性制御 (2009)
  • Author(s): 松沢厚, 他
  • Organizer: 日本免疫学会総会・学術集会
  • Place of Presentation: 大阪
• [Presentation] ユビキチン-蛋白質分解システムによるNF-kB/MAPキナーゼシグナル活性化の新たな時空間的分離機構 (2009)
  • Author(s): 松沢厚
  • Organizer: 第32回日本分子生物学会年会(ワークショップ)
  • Place of Presentation: 横浜