26Sプロテアソーム複合体構造解析による超分子作動機構に関する研究

• Project Area: Structural basis of cell-signalling complexes mediating signal perception, transduction and responses
• Project/Area Number: 23121525
• 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: University of Hyogo
• Principal Investigator: 水島 恒裕 兵庫県立大学, 大学院・生命理学研究科, 教授 (90362269)
• Project Period (FY): 2011 – 2012
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2012: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2011: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: タンパク質 / 構造生物学 / プロテアソーム / 超分子複合体 / X線結晶構造解析

Research Abstract

26Sプロテアソームは分子量250万、66個のサブユニットから形成される巨大なタンパク質分解酵素複合体であり、触媒部位を有する20Sプロテアソームと19S制御因子複合体から構成される。本複合体はユビキチンの付加された標的タンパク質を特異的に分解することにより、細胞周期の制御、抗原生成、タンパク質の品質管理などさまざまな役割を担っている。本研究では26Sプロテアソーム複合体の立体構造の決定を目指し、耐熱性酵母(Kluyveromyces marxianus)より精製した酵素標品を用い精製、結晶化を行った。しかし、現段階では構造解析に十分な26Sプロテアソーム複合体結晶は得られていない。そのため、完全な26Sプロテアソームの構造解析を目指すと共に、これまでに立体構造が解析されていない19S制御因子複合体の結晶化条件検討を行った。19S制御因子複合体の解析では、タンパク質を安定化するため、これまでに報告された相互作用分子との複合体を作製し、結晶化に向け安定化に寄与する結合タンパク質の解析を行った。
また、プロテアソーム複合体の構造解析と共に本反応経路に関わるタンパク質の構造解析を行った。プロテアソームの複合体形成は専用のシャペロンタンパク質を必要とする。19S制御因子複合体の形成に関わる専用シャペロンタンパク質Rpn14に変異を導入することにより高分解能構造を決定した。また、ユビキチン-プロテアソームタンパク質分解経路を形成する、ユビキチン結合タンパク質を特異的に阻害することにより感染を拡大する赤痢菌エフェクタータンパク質OspI変異体の構造解析を行い、触媒活性部位の構造変化を示すと共に、それによる機能調節機構を推定した。

Research Products

• [Journal Article] New crystal structure of proteasome-dedicated chaperone Rpnl4 at 1.6 Å resolution. (2012)
  • Author(s): Kim, S., Nishide, A., Saeki, Y., Takagi, K., Tanaka, K., Kato, K., Mizushima, T.
  • Journal Title: Acta Cryst F Volume: 68 Issue: 5 Pages: 517-521
  • DOI: 10.1107/s1744309112011359
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A non-canonical UBA-UBL interaction forms the linear-ubiquitin-chain assembly complex. (2012)
  • Author(s): H.Yagi, K.Ishimoto, T.Hiromoto, H.Fujita, T.Mizushima, Y.Uekusa, M.Yagi-Utsumi, E.Kurimoto, M.Noda, S.Uchiyama, F.Tokunaga, K. Iwai, and K.Kato
  • Journal Title: EMBO Rep. Volume: 13 Issue: 5 Pages: 462-468
  • DOI: 10.1038/embor.2012.24
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The Shigella flexneri effector OspI deamidates UBC13 to dampen the inflammatory response (2012)
  • Author(s): Sanada, T.
  • Journal Title: Nature Volume: 483 Issue: 7391 Pages: 623-626
  • DOI: 10.1038/nature10894
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis for specific recognition of Rpt1, an ATPase subunit of the 26S proteasome, by a proteasome-dedicated chaperone Hsm3 (2012)
  • Author(s): Takagi K., Kim S., Yukii H., Ueno M., Morishita R., Endo Y., Kato K., Tanaka K., Saeki Y., Mizushima T.
  • Journal Title: J.Biol.Chem Volume: 287 Issue: 15 Pages: 12172-12182
  • DOI: 10.1074/jbc.p112.345876
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The proteasome : molecular machinery and pathophysiological roles (2012)
  • Author(s): Tanaka, K., Mizushima, T., Saeki, Y
  • Journal Title: Biol.Chem Volume: 393 Pages: 217-234
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The proteasome : molecular machinery and pathophysiological roles (2012)
  • Author(s): Tanaka, K., Mizushima, T., Saeki, Y.
  • Journal Title: Biol Chem. Volume: 393 Issue: 4 Pages: 217-234
  • DOI: 10.1515/hsz-2011-0285
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 赤痢菌エフェクタータンパク質OspI活性中心の構造解析 (2012)
  • Author(s): 西出旭、高木賢治、Minsoo Kim、真田貴人、笹川千尋、水島恒裕
  • 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(愛知県)
  • Year and Date: 2012-06-20
• [Presentation] プロテアソーム19S制御因子複合体形成シャペロンHsm3の構造解析 (2012)
  • Author(s): 高木賢治、金相佑、加藤晃一、田中啓二、佐伯泰、水島恒裕
  • 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(愛知県)
  • Year and Date: 2012-06-20
• [Presentation] Studies of the structure and molecular mechanisms of the proteasome a ssembly (2012)
  • Author(s): Tsunehiro Mizushima
  • Organizer: The Annual Review Conference of the Global COE program of University of Hyogo
  • Place of Presentation: 兵庫県立先端科学技術支援センター(兵庫)
  • Year and Date: 2012-02-13
• [Presentation] プロテアソーム分子集合シャペロンRpn14 E384A変異体の結晶構造解析 (2011)
  • Author(s): 水島恒裕、金相佑、西出旭、佐伯泰、田中啓二、加藤晃一
  • Organizer: 平成23年度日本結晶学会年会
  • Place of Presentation: 北海道大学学術交流会館(北海道)
  • Year and Date: 2011-11-24
• [Presentation] プロテアソーム19S制御複合体の分子集合を支援する新規シャペロンHsm3の構造とメカニズム (2011)
  • Author(s): 高木賢治、金相佑、佐伯泰、田中啓二、加藤晃一、水島恒裕
  • Organizer: 平成23年度日本結晶学会年会
  • Place of Presentation: 北海道大学学術交流会館(北海道)
  • Year and Date: 2011-11-24
• [Presentation] 不要なタンパク質を分解する装置の構造 (2011)
  • Author(s): 水島恒裕
  • Organizer: 第4回兵庫県立大学シンポジウム
  • Place of Presentation: 神戸市産業振興センター(兵庫)
  • Year and Date: 2011-09-13
• [Presentation] ユビキチン-プロテアソーム経路による特異的なタンパク質分解機構 (2011)
  • Author(s): 水島恒裕
  • Organizer: グローバルCOEプログラム生命科学若手研究者発表会
  • Place of Presentation: 兵庫県立先端科学技術支援センター(兵庫)
  • Year and Date: 2011-06-30
• [Presentation] プロテアソーム複合体形成における専用シャペロンの構造と役割 (2011)
  • Author(s): 高木賢治
  • Organizer: グローバルCOEプログラム生命科学若手研究者発表会
  • Place of Presentation: 兵庫県立先端科学技術支援センター(兵庫)
  • Year and Date: 2011-06-30