揺らぎを介したプロテアソームの基質認識機構

• Project Area: Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions
• Project/Area Number: 23107733
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Science and Engineering
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: 伊野部 智由 富山大学, 学内共同利用施設等, その他 (50568855)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥7,020,000 (Direct Cost: ¥5,400,000、Indirect Cost: ¥1,620,000); Fiscal Year 2012: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2011: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: プロテアソーム / 蛋白質 / 分解 / 天然変性領域 / ユビキチン

Outline of Annual Research Achievements

プロテアソームによる効果的な蛋白質の分解には、ポリユビキチン鎖に加えて、基質内の構造をとらないフラフラと揺らいだ領域（変性領域）が必要である。これまでに我々は、変性領域の性質が蛋白質のプロテアソームによる分解の受けやすさを決定することを明らかにした。本研究では、基質蛋白質の変性領域の性質を調節することにより、プロテアソームによる蛋白質分解を調節する手法の開発を目指した。まず蛋白質の分解は変性領域に結合する小分子によって阻害されるかを調べた。このために、二砒素蛍光試薬であるReAsHにより認識されるテトラシステインモチーフ（CCPGCC）を変性領域内に含むモデル基質を構築した。このモデル基質は ReAsH非存在下では変性領域がプロテアソームに認識され、分解されるのに対し、ReAsHの存在下では分解を逃れた。このことは ReAsHの結合により変性領域は分解を誘導しなくなることを示しており、変性領域リガンドによる分解の阻害が可能であることを示している。同様の分解阻害は、多くの天然変性蛋白質のプロテアソームによる分解においても観測されている。次に我々は、変性領域をもつ蛋白質をプロテアソームに運び込み、分解を誘導するアダプター蛋白質を開発した。ここではハンチントン病の原因となる異常伸長ポリグルタミンをもつ変異ハンチンチンをターゲットにし、異常伸長ポリグルタミンに結合するQBP1とポリユビキチンなどのプロテアソーム結合標識を融合した蛋白質をアダプターとして作成した。このようなアダプターは、変異異常ハンチンチンの分解を促進し、異常ハンチンチンの凝集体の形成を抑制した。よってこのようなアダプター蛋白質はポリグルタミン病の治療において有効であると考えられる。本実験のように変性領域に注目した分解誘導と阻害の方法は、特定の蛋白質の細胞内濃度を選択的に制御するための有用な戦略であると期待される。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Sequence- and Species-Dependence of Proteasomal Processivity. (2012)
  • Author(s): Kraut, DA., Israeli, E., Schrader, E., Patil, A., Nakai, K., Nanavati, D., Inobe, T. Matouschek, A.
  • Journal Title: ACS Chemical Biology Volume: 7 Issue: 8 Pages: 1444-1453
  • DOI: 10.1021/cb3001155
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dissecting a biomolecular process of MgATP^<2-> binding to the chaperonin GroEL (2011)
  • Author(s): Chen, J., Makabe, K., Nakamura, T., Inobe, T., Kuwajima, K.
  • Journal Title: Journal of Molecular Biology Volume: 410 Issue: 2 Pages: 343-356
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2011.05.018
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] プロテアソームによるタンパク質分解に必要な分解シグナルの配置 (2011)
  • Author(s): 伊野部智由
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 29 Pages: 2135-2138
• [Journal Article] Unstructured Region-mediated Substrate Recognition by the Proteasome (2011)
  • Author(s): 伊野部智由
  • Journal Title: Seibutsu Butsuri Volume: 51 Issue: 6 Pages: 276-277
  • DOI: 10.2142/biophys.51.276
  • NAID: 10030038026
  • ISSN: 0582-4052, 1347-4219
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Protein unfolding for proteasome-mediated degradation. (2013)
  • Author(s): Inobe, T.
  • Organizer: International Symposium on Protein Folding and its Biological Significance
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター
  • Year and Date: 2013-03-04
  • Invited
• [Presentation] Fluctuation-mediated regulation of the protein degradation by the proteasome. (2012)
  • Author(s): Inobe, T., Takahashi, K., and Matouschek A.
  • Organizer: The 6th International Symposium “Molecular Science of Fluctuations toward Biological Functions"
  • Place of Presentation: 京都テルサ
  • Year and Date: 2012-12-05
  • Invited
• [Presentation] Selective proteasomal degradation of the mutant huntingtin protein by an artificial adapter protein. (2012)
  • Author(s): Inobe, T., Takahashi, K., Matouschek A. and Nukina N.
  • Organizer: FASEB Science Research Conference "Protein Folding in the Cell"
  • Place of Presentation: Saxtons River, Vermont, USA
  • Year and Date: 2012-07-29
• [Presentation] 人工アダプター蛋白質による変異ハンチンチンの選択的プロテアソーム分解 (2012)
  • Author(s): 伊野部智由、高橋一暢、Matouschek, Andreas、貫名信行
  • Organizer: 第１２回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2012-06-20
• [Presentation] 揺らぎのある変性領域を介したプロテアソームの基質認識 (2012)
  • Author(s): 高橋一暢、伊野部智由
  • Organizer: 第１２回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場
  • Year and Date: 2012-06-20
• [Presentation] プロテアソームによる蛋白質アンフォールディングと分解:その初期過程 (2011)
  • Author(s): 伊野部智由
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 富山大学
  • Year and Date: 2011-09-22