リン酸化プロテオミクスを用いたがん細胞特異的シグナル伝達機構の解明

• Project Area: Integrative Systems Understanding of Cancer for Advanced Diagnosis, Therapy and Prevention
• Project/Area Number: 23134507
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Kyoto University (2012); Keio University (2011)
• Principal Investigator: 杉山 直幸 京都大学, 薬学研究科(研究院), 准教授 (50545704)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥8,320,000 (Direct Cost: ¥6,400,000、Indirect Cost: ¥1,920,000); Fiscal Year 2012: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2011: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
• Keywords: がん / プロテオミクス / シグナル伝達 / リン酸化タンパク質

Outline of Annual Research Achievements

がん細胞では、チロシンキナーゼ受容体の過剰発現や調節機構の損失などにより正常細胞と比較して細胞分裂に関わる様々なシグナル伝達経路が活発化している。本研究では、ナノ液体クロマトグラフィー-質量分析法(nanoLC-MS/MS)を用いたリン酸化プロテオーム解析によりタンパク質のリン酸化を網羅的に同定、定量し、がん組織に特異的、または過剰に亢進しているシグナル伝達経路や関与するプロテインキナーゼを明らかにすることを目的とする。
本年度では、前年度において最適化を行った組織からのタンパク質抽出方法を用いて、がん組織および正常組織中における代謝酵素の定量解析およびリン酸化プロテオーム解析を行い、がん組織において発現量が変動している代謝酵素およびリン酸化量が変化しているタンパク質の同定、定量を行った。同一器官でタイプの異なるがん組織の解析の結果、組織の違いにより解糖系やクエン酸回路に属する代謝酵素の発現量の変動に相違が観測された。同様にリン酸化プロテオーム解析においても、がんのタイプによりリン酸量の変化が見られるタンパク質が異なっており、発癌機序の違いによるシグナル伝達経路への影響をリン酸化プロテオーム解析により観測可能であることを示した。
また、リン酸化プロテオーム解析によって得られた情報を可視化する手段として、細胞内の各プロテインキナーゼとその基質タンパク質間に見られるネットワークを予測し、リン酸化プロテオーム解析の定量結果を図として表示するデータ解析ツールの作成を行った。キナーゼ-基質間の関係性の予測には、タンパク質間相互作用やリン酸化モチーフなどの情報を利用した。上述の実験結果において、がん組織でリン酸化の亢進が観測されたタンパク質群に対し責任キナーゼを推測することで、がん特異的なシグナル伝達経路を抽出した。

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] Genetics and Phosphoproteomics Reveal a Protein Phosphorylation Network in the Abscisic Acid Signaling Pathway in Arabidopsis thaliana. (2013)
  • Author(s): Umezawa T, Sugiyama N, Takahashi F, Anderson JC, Ishihama Y, Peck SC, Shinozaki K.
  • Journal Title: Sci Signal. Volume: 6 Issue: 270
  • DOI: 10.1126/scisignal.2003509
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metabolomic profiling of lung and prostate tumor tissues by capillary electrophoresis time-of-flight mass spectrometry (2013)
  • Author(s): Kami, K.; Fujimori, T.; Sato, H.; Sato, M.; Yamamoto, H.; Ohashi, Y.; Sugiyama, N.; Ishihama, Y..; Onozuka, H.; Ochiai, A.; Esumi, H.; Soga, T.; Tomita, M.
  • Journal Title: Metabolomics Volume: 9 (2) Issue: 2 Pages: 444-453
  • DOI: 10.1007/s11306-012-0452-2
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Phosphoproteomic analysis of Rhodopseudomonas palustris reveals the role of pyruvate phosphate dikinase phosphorylation in lipid production (2012)
  • Author(s): Hu, C. W.; Lin, M. H.; Huang, H. C.; Ku, W. C.; Yi, T. H.; Tsai, C. F.; Chen, Y. J.; Sugiyama, N.; Ishihama, Y.; Juan, H. F.; Wu, S. H
  • Journal Title: J. Proteome Res. Volume: 11 Issue: 11 Pages: 5362-75
  • DOI: 10.1021/pr300582p
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Temporal Profiling of Lapatinib-suppressed Phosphorylation Signals in EGFR/HER2 Pathways (2012)
  • Author(s): Koshi Imami, Naoyuki Sugiyama, Haruna Imamura, Masaki Wakabayashi, Masaru Tomita, Masatoshi Taniguchi, Takayuki Ueno, Masakazu Toi, Yasushi Ishihama
  • Journal Title: Molecular and Cellular Proteomics Volume: 11 Issue: 12 Pages: 1741-1757
  • DOI: 10.1074/mcp.m112.019919
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mass spectrum sequential subtraction speeds up searching large peptide MS/MS spectra datasets against large nucleotide databases for proteogenomics. (2012)
  • Author(s): Helmy, M.; Sugiyama, N.; Tomita, M.; Ishihama, Y.
  • Journal Title: Genes Cells Volume: 17 Issue: 8 Pages: 633-44
  • DOI: 10.1111/j.1365-2443.2012.01615.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] LATS1/WARTS phosphorylates MYPT1 to counteract PLK1 and regulate mammalian mitotic progression (2012)
  • Author(s): Chiyoda, T.
  • Journal Title: J Cell Biol Volume: 197 Issue: 5 Pages: 625-41
  • DOI: 10.1083/jcb.201110110
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The rice proteogenomics database OryzaPG-DB : development, expansion and new features (2012)
  • Author(s): Helmy, M, Sugiyama N, Tomita M, Ishihama
  • Journal Title: Frontiers of Plant Sciences Volume: 3 Pages: 65-65
  • DOI: 10.3389/fpls.2012.00065
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] mTORC1is essential for leukemia propagation but not stem cell self-renewal. (2012)
  • Author(s): Hoshii. T
  • Journal Title: J Clin Invest. Volume: 122 Issue: 6 Pages: 2114-2129
  • DOI: 10.1172/jci62279
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Muscle-specific knockout of NUAK1 prevents high-fat diet-induced glucose intolerance (2012)
  • Author(s): 稲塚歩佳
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: (掲載確定) Issue: 20 Pages: 16379-16389
  • DOI: 10.1074/jbc.m111.302687
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Human proteome analysis by using reversed phase monolithic silica capillary columns with enhanced sensitivity (2012)
  • Author(s): 岩崎未央、杉山直幸、田中信男、石濱泰
  • Journal Title: Journal of Chromatography A Volume: 1,228 Pages: 292-297
  • DOI: 10.1016/j.chroma.2011.10.059
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Characterization of kinase inhibitors using different phosphorylation states of colony stimulating factor-1 receptor tyrosine kinase (2012)
  • Author(s): D. Kitagawa, M. Gouda, Y. Kirii, N. Sugiyama, Y. Ishihama, I. Fujii, Y. Narumi, K. Akita, and K. Yokota
  • Journal Title: J Biochem Volume: 151 Issue: 1 Pages: 47-55
  • DOI: 10.1093/jb/mvr112
  • NAID: 10031166042
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Micro-scale phosphoproteome analysis of 10, 000 cells from human cancer cell lines (2011)
  • Author(s): T. Masuda, N. Sugiyama, M. Tomita, and Y. Ishihama
  • Journal Title: Anal Chem Volume: 83 Issue: 20 Pages: 7698-703
  • DOI: 10.1021/ac201093g
  • Peer Reviewed
• [Presentation] リン酸化プロテオミクスによるシグナル伝達解析 (2013)
  • Author(s): 杉山直幸
  • Organizer: 第54回植物生理学会大会
  • Place of Presentation: 岡山大学（岡山県）
  • Invited
• [Presentation] Profiling of Human Kinome Using In Vitro Kinase Assay in Combination with Quantitative Phosphoproteomics. (2012)
  • Author(s): 杉山直幸
  • Organizer: 19th International Mass Spectrometry Conference,
  • Place of Presentation: 京都国際会議場（京都府）
• [Presentation] Development of a Subcellular Fractionation Protocol using Phase Transfer Surfactants. (2012)
  • Author(s): 増田 豪
  • Organizer: HUPO 11th Annual World Congress
  • Place of Presentation: Hynes Convention Center（ボストン（アメリカ））
• [Presentation] Kinase-substrate Networks Based on in vitro Kinase Profiling Combined with Quantitative Phosphoproteomic Approach. (2012)
  • Author(s): 杉山直幸
  • Organizer: HUPO 11th Annual World Congress
  • Place of Presentation: Hynes Convention Center（ボストン（アメリカ））
• [Presentation] チロシンキナーゼ同定に向けた植物におけるタンパク質キナーゼプロファイリング (2012)
  • Author(s): 海老敬行
  • Organizer: 日本プロテオーム学会2012年大会
  • Place of Presentation: 日本科学未来館（東京都）
• [Presentation] 相間移動可溶化剤を用いた新規細胞分画法の開発と応用 (2012)
  • Author(s): 増田 豪
  • Organizer: 日本プロテオーム学会2012年大会
  • Place of Presentation: 日本科学未来館（東京都）
• [Presentation] 大規模リン酸化プロテオミクスのためのリン酸化ペプチド濃縮法 (2012)
  • Author(s): 杉山直幸
  • Organizer: 日本プロテオーム学会2012年大会
  • Place of Presentation: 日本科学未来館（東京都）
• [Presentation] チロシンキナーゼ同定に向けた植物タンパク質キナーゼプロファイリング (2011)
  • Author(s): 海老敬之
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜
  • Year and Date: 2011-12-14
• [Presentation] Plant Phosphosproteomics Using Hydroxy Acid Modified Metal Oxide Chromatography (HAMMOC) (2011)
  • Author(s): 杉山直幸
  • Organizer: 12th International Symposium on Plant Protein Phosphorylation
  • Place of Presentation: ドイツ・チュービンゲン(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-16
• [Presentation] 定量的リン酸化プロテオミクスを用いたヒトキナーゼのin vitroプロファイリング (2011)
  • Author(s): 杉山直幸
  • Organizer: 日本プロテオーム学会2011年会
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 2011-07-29
• [Presentation] 高感度リン酸化プロテオーム解析システムの開発 (2011)
  • Author(s): 増田豪
  • Organizer: 日本プロテオーム学会2011年会
  • Place of Presentation: 新潟
  • Year and Date: 2011-07-29
• [Book] 「リン酸化プロテオミクスを用いた分子標的薬プロファイリング遺伝子医学」MOOK20号 (2012)
  • Author(s): 若林真樹
  • Publisher: メディカル ドウ
• [Remarks] 京都大学薬学研究科 石濱研究室
  • URL: http://www.pharm.kyoto-u.ac.jp/seizai/