糖鎖が関わる小胞体関連分解の構造生物学的研究

• Project Area: Protein community: organization and maintenance of protein functions
• Project/Area Number: 22020037
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Nagoya City University (2011); The Institute of Physical and Chemical Research (2010)
• Principal Investigator: 佐藤 匡史 名古屋市立大学, 大学院・薬学研究科, 准教授 (80532100)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山口 芳樹 名古屋市立大学, 糖鎖構造生物学研究チーム, チームリーダー (90323451)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥6,400,000 (Direct Cost: ¥6,400,000); Fiscal Year 2011: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000); Fiscal Year 2010: ¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
• Keywords: レクチン / 糖鎖 / プロテアソーム / 小胞体関連分解 / X線結晶構造解析 / 電子顕微鏡解析 / 構造生物学 / NMR

Research Abstract

本研究では、糖鎖が関わる小胞体関連分解の中心的な役割を担っている小胞体レクチン(OS-9)、マンノシダーゼ様タンパク質(EDEM)に着目し、ミスフォールド糖タンパク質認識機構の構造基盤を解明することを目的とした。また、その分解経路において最終的なタンパク質分解を担うプロテアソームの制御機構にも着目した。
(1)マンノシダーゼ様タンパク質EDEMの大量発現系の構築
これまで構造生物学研究の遂行に十分量のEDEMを大量発現させた報告例は無い。そこで、哺乳動物細胞に加えて、大腸菌発現系の検討を行った。大腸菌での可溶性大量発現のネックになるジスルフィド結合に着目し、プロテインジスルフィドイソメラーゼ(PDI)を融合タンパク質として発現させるベクター(pCold-PDI)を創成した。現在、本研究基盤を用いて、EDEMについて検討を進めている。
(2)新規プロテアソーム活性化因子PbaBの同定および立体構造解析
プロテアソームは分解活性中心をもつ20Sプロテアソームと、その両端に結合することにより分解を促進するプロテアソーム活性化因子から構成される。真核生物では、20Sプロテアソームは一連の集合因子の介助を受けて複雑な四次構造が形成される。一方、古細菌の20Sプロテアソームはそれぞれのサブユニットが自発的に集合する。最近興味深いことに、古細菌においても集合因子様タンパク質PbaBが見出された。本研究ではプロテアソーム系におけるPbaBの機能を明らかにするために、多角的な構造機能解析を行った。
集合因子様タンパク質として見出されたPbaBは、シャペロン活性を示し、ATP非依存的に20Sプロテアソームによる変性タンパク質の分解を促進した。きらに、X縁結晶構造および電子顕微鏡解析により、PbaBが従来とは異なる機構で20Sプロテアソームによる基質タンパク質分解を促進することを明らかにした。

Research Products

• [Journal Article] Molecular and structural basis for N-glycan-dependent determination of glycoprotein fates in cells (2012)
  • Author(s): Y.Kamiya, T.Satoh, K.Kato
  • Journal Title: Biochim.Biophys.Acta-General Subjects Volume: (in press) Issue: 9 Pages: 1327-1337
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2011.12.017
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Overproduction of anti-Tn antibody MLS128 single-chain Fv fragment in Eschehchia coli cytoplasm using a novel pCold-PDI vector (2012)
  • Author(s): Subedi GP, Satoh T, Hanashima S, Ikeda A, Nakada H, Sato R, Mizuno M, Yuasa N, Fujita-Yamaguchi Y, Yamaguchi Y
  • Journal Title: Protein Expr.Purif. Volume: 82 Issue: 1 Pages: 197-204
  • DOI: 10.1016/j.pep.2011.12.010
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 糖鎖を目印とするタンパク質の品質管理の仕組みを解く (2012)
  • Author(s): 佐藤匡史, 山口芳樹
  • Journal Title: 生物物理 Volume: 52 Pages: 32-33
  • NAID: 10030038155
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Conformational dynamics of wild-type Lys-48-linked diubiquitin in solution. (2011)
  • Author(s): T.Hirano, O.Serve, M.Yagi-Utsumi, E.Takemoto, T.Hiromoto, T.Satoh, T.Mizushima, and K.Kato
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 286 Issue: 43 Pages: 37496-37502
  • DOI: 10.1074/jbc.m111.256354
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural insights into recognition of triple-helical β-glucan by insect fugal receptor (2011)
  • Author(s): Kanagawa M, Satoh T, Ikeda A, Adachi Y, Ohno N, Yamaguchi Y
  • Journal Title: J.Biol.Chem. Volume: 286 Issue: 33 Pages: 29158-29165
  • DOI: 10.1074/jbc.m111.256701
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sorting of GPI-anchored proteins into ER-exit sites by p24 proteins is dependent on remodeled GPI (2011)
  • Author(s): Fujita, M., R. Watanabe, N. Jaensch, M. Romanova-Michaelides, T. Satoh, M. Kato, H. Riezman, Y. Yamaguchi, Y. Maeda and T. Kinoshita
  • Journal Title: J. Cell Biol Volume: 194 Issue: 1 Pages: 61-75
  • DOI: 10.1083/jcb.201012074
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal structures of human secretory proteins ZG16p and ZG16b reveal a Jacalin-related β-prism fold (2011)
  • Author(s): Kanagawa, M.
  • Journal Title: Biochem.Biophys.Res.Commun. Volume: 404 Pages: 201-205
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis for oligosaccharide recognition of misfolded glycoproteins by OS-9 in ER-associated degradation (2010)
  • Author(s): Satoh, T.
  • Journal Title: Mol.Cell Volume: 40 Pages: 905-916
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal structure of cyclic Lys48-linked tetraubiquitin (2010)
  • Author(s): Satoh, T.
  • Journal Title: Biochem.Biophys.Res.Commun. Volume: 400 Pages: 329-333
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis and binding analysis of unique AG2 pentasaccharide to human Siglec-2 using NMR techniques (2010)
  • Author(s): Hanashima, S.
  • Journal Title: Bioorg.Med.Chem. Volume: 18 Pages: 3720-3725
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Solution structure and dynamics of mouse ARMET (2010)
  • Author(s): Hoseki, J.
  • Journal Title: FEBS.Lett. Volume: 584 Pages: 1536-1542
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamics and interactions of glycoconjugates probed by stable-isotope-assisted NMR spectroscopy (2010)
  • Author(s): Yamaguchi, Y.
  • Journal Title: Methods Enzymol. Volume: 478 Pages: 305-322
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Stable-isotope-assisted NMR approaches to glycoproteins using immunoglobulin G as a model system (2010)
  • Author(s): Kato, K.
  • Journal Title: Prog.Nucl.Magn.Reson.Spectrosc. Volume: 56 Pages: 346-359
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 細胞の中の不要なタンパク質に目印をつける仕組み (2010)
  • Author(s): 坂田絵理
  • Journal Title: 日本結晶学会誌 Volume: 52 Pages: 255-261
  • Peer Reviewed
• [Presentation] プロテアソームの19S複合体基底部の形成を介助するシャペロン分子Nas2の構造生物学研究 (2012)
  • Author(s): 廣本武史, 矢木真穂, 植草義徳, 雲井健太郎, 佐藤匡史, 水島恒裕, 佐伯泰, 田中啓二, 加藤晃一
  • Organizer: 日本薬学会第132年会
  • Place of Presentation: 札幌(口頭発表)
  • Year and Date: 2012-03-30
• [Presentation] 新規プロテアソーム活性化因子PbaBの構造生物学研究 (2012)
  • Author(s): 佐藤匡史, 雲井健太郎, 矢木宏和, 廣本武史, 水島恒裕, 内山進, 野田勝紀, 村田和義, 神谷由紀子, 加藤晃一
  • Organizer: 日本薬学会第132年会
  • Place of Presentation: 札幌(口頭発表)
  • Year and Date: 2012-03-30
• [Presentation] 細胞内レクチンによる糖タンパク質品質管理の構造基盤 (2011)
  • Author(s): 佐藤匡史
  • Organizer: GlycoTokyo 2011シンポジウム
  • Place of Presentation: 埼玉(招待講演)
  • Year and Date: 2011-12-09
• [Presentation] 糖鎖認識を介した糖タンパク質の輸送と分解の構造基盤 (2011)
  • Author(s): 佐藤匡史
  • Organizer: 平成23年度日本結晶学会年会
  • Place of Presentation: 札幌(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-25
• [Presentation] 糖鎖修飾とユビキチン・プロテアソーム系の構造生物学研究 (2011)
  • Author(s): 佐藤匡史
  • Organizer: 特定領域研究「タンパク質の社会」平成23年度班会議
  • Place of Presentation: 別府
  • Year and Date: 2011-11-22
• [Presentation] 古細菌PbaBによるプロテアソーム活性化機構の構造基盤 (2011)
  • Author(s): 雲井健太郎, 佐藤匡史, 矢木宏和, 廣本武史, 水島恒裕, 内山進, 野田勝紀, 村田和義, 神谷由紀子, 加藤晃一
  • Organizer: 特定領域研究「タンパク質の社会」平成23年度班会議
  • Place of Presentation: 別府
  • Year and Date: 2011-11-22
• [Presentation] NMR analysis of an anti-carbohydrate antibody MLS128 single-chain Fv fragment toward elucidation of the multivalent recognition mechanism (2011)
  • Author(s): Ganesh Prasad Subedi, Tadashi Satoh, Shinya Hanashima, Akemi Ikeda, Hiroshi Nakada, Reiko Sato, Mamoru Mizuno, Noriyuki Yuasa, Yoko Fujita-Yamaguchi, Yoshiki Yamaguchi
  • Organizer: 2011 Annual Conference of the Society for Glycobiology
  • Place of Presentation: シアトル
  • Year and Date: 2011-11-10
• [Presentation] Structural basis of sugar recognition by intracellular lectins involved in glycoprotein transport and degradation (2011)
  • Author(s): Tadashi Satoh
  • Organizer: Nagoya University Global COE Mini-Symposium : Toward Systems Glycobiology
  • Place of Presentation: 名古屋(招待講演)
  • Year and Date: 2011-11-07
• [Presentation] レクチンとカルシウム結合タンパク質の協働的相互作用仁よる血液凝固因子の細胞内輸送の構造基盤 (2011)
  • Author(s): 西尾美穂, 神谷由紀子, 佐藤匡史, 内海真穂, 加藤晃一
  • Organizer: 糖鎖科学名古屋拠点"第9回若手の力フォーラム"
  • Place of Presentation: 岐阜
  • Year and Date: 2011-10-22
• [Presentation] A novel binding mode of beta-GRP/GNBP3 N-terminal domain with laminarihexaose-structural insight into recognition of triple-helical beta-glucan (2011)
  • Author(s): Mayumi Kanagawa, Tadashi Satoh, Akemi Ikeda, Yoshiyuki Adachi, Naohito Ohno, Yoshiki Yamaguchi
  • Organizer: 第71回岡崎コンファレンス「糖鎖分子科学の新たな展望」
  • Place of Presentation: 岡崎
  • Year and Date: 2011-10-13
• [Presentation] ヒトZG16pレクチンのリガンド認識の多様性の構造基盤 (2011)
  • Author(s): 金川真由美, 池田明美, 佐藤匡史, 中野佑妃子, 相川京子, 山口芳樹
  • Organizer: 第84回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2011-09-23
• [Presentation] p24ファミリータンパク質は、リモデリングされたGPIアンカーに結合し、輸送小胞へ組込む積荷受容体である (2011)
  • Author(s): 藤田盛久, 佐藤匡史, 加藤雅樹, 山口芳樹, 前田裕輔, 木下タロウ
  • Organizer: 第84回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2011-09-22
• [Presentation] ヒトZG16pとZG16bはJacalinと同様のβ-プリズムフォールドを有する (2011)
  • Author(s): 金川真由美, 佐藤匡史, 池田明美, 中野佑妃子, 矢木宏和, 加藤晃一, 相川京子, 山口芳樹
  • Organizer: 第30回日本糖質学会年会
  • Place of Presentation: 長岡
  • Year and Date: 2011-07-12
• [Presentation] GPIの構造変化と積荷受容体p24によるGPIアンカー型タンパク質輸送の制御 (2011)
  • Author(s): 藤田盛久, 佐藤匡史, 加藤雅樹, 山口芳樹, 前田裕輔, 木下タロウ
  • Organizer: 第30回日本糖質学会年会
  • Place of Presentation: 長岡
  • Year and Date: 2011-07-11
• [Presentation] NMR法を用いた分子シャペロンUmp1とプロテアソームサブユニット複合体との相互作用解析 (2011)
  • Author(s): 大川慶祐, 矢木真穂, 廣本武史, 矢木宏和, 水島恒裕, 佐藤匡史, 加藤晃一
  • Organizer: 第57回日本薬学会東海支部総会大会
  • Place of Presentation: 名古屋(口頭発表)
  • Year and Date: 2011-07-09
• [Presentation] NMR analysis of an anti-carbohydrate antibody MLS128 single-chain Fv fragment toward elucidation of the multivalent recognition mechanism (2011)
  • Author(s): Ganesh Prasad Subedi, Tadashi Satoh, Shinya Hanashima, Akemi Ikeda, Hiroshi Nakada, Reiko Sato, Mamoru Mizuno, Noriyuki Yuasa, Yoko Fujita-Yamaguchi, Yoshiki Yamaguchi
  • Organizer: ISNMR2011第50回NMR討論会記念国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 横浜
• [Presentation] 小胞体品質管理機構に関わる細胞内レクチンOS-9の構造生物学研究 (2010)
  • Author(s): 佐藤匡史
  • Organizer: 第8回JCGGシンポジウム
  • Place of Presentation: 東京(招待講演)
  • Year and Date: 2010-11-29
• [Presentation] Structural basis for oligosaccharide recognition by OS-9 in ER-associated degradation (2010)
  • Author(s): Satoh, T.
  • Organizer: 2010 RIKEN Chemical Biology International Symposium
  • Place of Presentation: 和光(埼玉)(ポスター発表)
  • Year and Date: 2010-10-26
• [Presentation] Structural basis for oligosaccharide recognition of misfolded glycoproteins by OS-9 in ERAD (2010)
  • Author(s): Satoh, T.
  • Organizer: The 3rd International Symposium on Protein Community
  • Place of Presentation: 奈良(ポスター発表)
  • Year and Date: 2010-09-14
• [Presentation] Structural basis for oligosaccharide recognition of misfolded glycoproteins by OS-9 MRH domain in ER-associated degradation (2010)
  • Author(s): Satoh, T.
  • Organizer: The 25th International Carbohydrate Symposium (ICS2010)
  • Place of Presentation: 千葉(ポスター発表)
  • Year and Date: 2010-08-05
• [Presentation] N-glycosylation mechanism and the functional conservation (2010)
  • Author(s): Yamaguchi, Y.
  • Organizer: The 25th International Carbohydrate Symposium (ICS2010)
  • Place of Presentation: 千葉(招待講演)
  • Year and Date: 2010-08-03
• [Presentation] Structural insights into oligosaccharide recognition of misfolded glycoproteins by OS-9 in ERAD (2010)
  • Author(s): Satoh, T.
  • Organizer: The 7th International Symposium on Glycosyltransferases (GlycoT2010)
  • Place of Presentation: 東京(ポスター発表)
  • Year and Date: 2010-08-01
• [Presentation] Bioinformatics analysis of N-glycosides for the understanding of N-glycosylation mechanism (2010)
  • Author(s): Yamaguchi, Y.
  • Organizer: The 7th International Symposium on Glycosyltransferases (GlycoT2010)
  • Place of Presentation: 東京(招待講演)
  • Year and Date: 2010-07-31
• [Presentation] ERADに関わるヒトOS-9 MRHドメインによる糖鎖認識の構造基盤 (2010)
  • Author(s): 佐藤匡史
  • Organizer: タンパク質の社会 第3回若手ワークショップ
  • Place of Presentation: 宗像(福岡)(口頭発表)
  • Year and Date: 2010-07-03
• [Presentation] Structural basis for carbohydrate recognition of misfolded glycoproteins by OS-9 MRH domain in ER-associated degradation (2010)
  • Author(s): Satoh, T.
  • Organizer: International Symposium on Organelle Network
  • Place of Presentation: 大阪(口頭発表)
  • Year and Date: 2010-04-13
• [Presentation] Structural glycobiology approach for understanding structure-function relationships of glycoproteins (2010)
  • Author(s): Yamaguchi, Y.
  • Organizer: The 2nd Japan/China Joint Symposium on Glycobiology
  • Place of Presentation: 和光(埼玉)(口頭発表)
  • Year and Date: 2010-04-08
• [Presentation] Structural basis for oligosaccharide recognition of misfolded glycoproteins by OS-9 MRH domain in ER-associated degradation (2010)
  • Author(s): Satoh, T.
  • Organizer: The 2nd Japan/China Joint Symposium on Glycobiology
  • Place of Presentation: 和光(埼玉)(口頭発表)
  • Year and Date: 2010-04-08
• [Remarks] ・理化学研究所プレスリリース,2011年6月24日,「真菌類などが持つ3重らせん型βグルカンを認識する仕組みを解明-生体防御システムにおける3重らせん構造認識の秘密が明らかに-」
  • URL: http://www.riken.jp/r-world/research/results/2011/110624/index.html
• [Remarks] ライフサイエンス新着論文レビュー,ライフサイエンス統合データベースセンター,2011年1月17日,小胞体関連分解にかかわるレクチンOS-9の糖鎖認識の構造基盤」
  • URL: http://first.lifesciencedb.jp/archives/1918
• [Remarks] 理化学研究所プレスリリース,2010年12月23日,「異常糖タンパク質を捕まえるレクチンOS-9の立体構造を解明-糖鎖を目印とするタンパク質の品質管理の仕組みを解く-」
  • URL: http://www.riken.jp/r-world/info/release/press/2010/101223/detail.html