ストレスセンサーKeap1のユビキチンライゲース活性制御機構の解明

• Project Area: New aspect of the ubiquitin system : its enormous roles in protein regulation
• Project/Area Number: 25112502
• 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: Tohoku University
• Principal Investigator: 鈴木 隆史 東北大学, 医学(系)研究科(研究院), 助教 (70508308)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000); Fiscal Year 2014: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2013: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
• Keywords: Keap1 / ストレスセンサー / Nrf2 / ユビキチン化制御 / ストレス応答 / センサー / ユビキチンライゲース

Outline of Annual Research Achievements

ストレスセンサーKeap1は転写因子Nrf2のユビキチン化反応を制御し酸化ストレス防御機構の中心的役割を担う鍵因子である。申請者らの研究成果からKeap1-Nrf2システムは多様なストレス刺激に応答してユビキチン化反応を制御すること、またその制御機構として「閂と蝶番モデル」を提唱した。しかし、その実証は未だ不十分である。本研究はこの成果を発展させ、ストレスセンサーKeap1によるユビキチンリガーゼ活性制御機構の解明によりNrf2活性化メカニズムを明らかにすることを目的とする。まず、閂と蝶番モデルを実証するために、ダブル蝶番Nrf2分子を創出し機能的実証を試みた。ダブル蝶番Nrf2分子の安定発現株の作成に成功したが、これまでの解析では野生型Nrf2とのストレス応答の違いは見出されていない。ダブル蝶番Nrf2分子のノックインマウスの作製にも成功したので、個体レベルの解析から「閂と蝶番モデル」の検証を今後行いたい。また、センサーシステイン残基の使い分けを実証するために各種システイン残基変異体を作製し検証を行った。その結果、C288がプロスタグランジンに対するセンサーとして機能的に働くことを示すことに成功した。さらに、ストレス感知不全Keap1分子を創出するために、Keap1分子のシステイン残基について様々な組み合わせ変異を導入することを試みた結果、Nrf2抑制能を保持したままKeap1分子上の約半数のシステイン残基を欠失した変異分子を創出することに成功した。今後、このKeap1変異分子の解析を行い、システイン残基に依存しない新たなタイプのNrf2誘導剤の探索を行う。以上の解析結果は、Keap1分子のユビキチン化反応制御機構の理解につながると期待される。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Myeloid lineage-specific deletion of antioxidant system enhances tumor metastasis. (2014)
  • Author(s): Hiramoto K, Satoh H, Suzuki T, Moriguchi T, Pi J, Shimosegawa T, Yamamoto M.
  • Journal Title: Cancer Prevention Research Volume: 7 Issue: 8 Pages: 835-844
  • DOI: 10.1158/1940-6207.capr-14-0094
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Keap1 inhibition attenuates glomerulosclerosis. (2014)
  • Author(s): Miyazaki Y, Shimizu A, Pastan I, Taguchi K, Naganuma E, Suzuki T, Hosoya T, Yokoo T, Saito A, Miyata T, Yamamoto M, Matsusaka T.
  • Journal Title: Nephrol Dial Transplant Volume: 29 Issue: 4 Pages: 783-791
  • DOI: 10.1093/ndt/gfu002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Regulatory nexus of synthesis and degradation deciphers cellular Nrf2 expression levels. (2013)
  • Author(s): Suzuki T, Shibata T, Takaya K, Shiraishi K, Kohno T, Kunitoh H, Tsuta K, Furuta K, Goto K, Hosoda F, Sakamoto H, Motohashi H and Yamamoto M.
  • Journal Title: Mol Cell Biol Volume: 33 Issue: 12 Pages: 2402-2412
  • DOI: 10.1128/mcb.00065-13
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Toward clinical application of the Keap1-Nrf2 pathway. (2013)
  • Author(s): Suzuki T, Motohashi H, and Yamamoto M*.
  • Journal Title: Trends Pharmacol. Sci. Volume: 34 Issue: 6 Pages: 340-346
  • DOI: 10.1016/j.tips.2013.04.005
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Roles Nrf2 Plays in Myeloid Cells and Related Disorders. (2013)
  • Author(s): Kobayashi E, Suzuki T, Yamamoto M
  • Journal Title: Oxidative Medicine and Cellular Longevity Volume: 2013 Pages: 529219-529219
  • DOI: 10.1155/2013/529219
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Myeloid-specific transcriptional regulation by Nrf2. (2015)
  • Author(s): Eri H. Kobayashi, Takafumi Suzuki, Masayuki Yamamoto.
  • Organizer: The Keap1/Nrf2 Pathway in Health and Disease.
  • Place of Presentation: Robinson College, Cambridge, UK.
  • Year and Date: 2015-01-06 – 2015-01-08
• [Presentation] Keap1 Cys273 and Cys288 are functional sensors for 15d-PGJ2 to activate Nrf2 signaling. (2015)
  • Author(s): Takafumi Suzuki, Ryota Saito, Kei-ichiro Hiramoto, Tatsuro Iso, Masayuki Yamamoto.
  • Organizer: The Keap1/Nrf2 Pathway in Health and Disease.
  • Place of Presentation: Robinson College, Cambridge, UK.
  • Year and Date: 2015-01-06 – 2015-01-08
• [Presentation] Multiple Sensor Mechanism of the Keap1-Nrf2 System. (2014)
  • Author(s): Takafumi Suzuki, Kai Takaya, Ryota Saito, Keiichiro Hiramoto, Tatsuro Iso and Masayuki Yamamoto.
  • Organizer: Symposium for young ubiquitin researchers in Japan “New Era in the Ubiquitin Research”
  • Place of Presentation: 国際高等研究所（京都）
  • Year and Date: 2014-11-11 – 2014-11-12
• [Presentation] CRISPR/Cas9システムを用いたNrf2点変異マウスの作製 (2014)
  • Author(s): 守田匡伸、大槻晃史、鈴木隆史、須田博美、鈴木未来子、清水律子、山本雅之
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都）
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [Presentation] 複合遺伝子欠失レスキュー法による転写因子Nrf2の新規生理機能探索 (2014)
  • Author(s): 鈴木隆史、平本圭一郎、長沼絵理子、高橋信行、佐藤博、山本雅之
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都）
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [Presentation] ストレス応答型転写因子Nrf2による炎症性サイトカイン遺伝子の発現抑制 (2014)
  • Author(s): 小林枝里, 鈴木隆史, 舟山亮, 長嶋剛史, 中山啓子, 山本雅之
  • Organizer: 修飾シグナル病 若手ワークショップ
  • Place of Presentation: 森秋旅館（湯河原町）
  • Year and Date: 2014-09-30 – 2014-10-02
• [Presentation] 転写因子Nrf2の遺伝子発現量の重要性 (2014)
  • Author(s): 鈴木隆史、柴田龍弘、高屋快、本橋ほづみ、山本雅之
  • Organizer: 日本生化学会東北支部 第80回例会
  • Place of Presentation: アキタパークホテル（秋田）
  • Year and Date: 2014-05-10
• [Presentation] Regulatory Nexus of Synthesis and Degradation Deciphers Cellular Nrf2 Expression Levels. (2014)
  • Author(s): Suzuki T, Shibata T, Takaya K, Shiraishi K, Kohno T, Hunitoh H, Tsuta K, Furuta K, Goto K, Hosoda F, Sakamoto H, Motohashi H, Yamamoto M.
  • Organizer: The Environmental Response IV
  • Place of Presentation: Sendai
• [Presentation] Myeloid lineage-specific deletion of antioxidant system enhances tumor metastasis to the lung. (2014)
  • Author(s): Keiichiro Hiramoto, Hironori Satoh, Takafumi Suzuki, Takashi Moriguchi, Tooru Shimosegawa and Masayuki Yamamoto.
  • Organizer: The Environmental Response IV
  • Place of Presentation: Sendai
• [Presentation] Myeloid-specific transcription by Nrf2. (2014)
  • Author(s): Eri H. Kobayashi, Takafumi Suzuki, and Masayuki Yamamoto.
  • Organizer: The Environmental Response IV
  • Place of Presentation: Sendai
• [Presentation] Regulatory Nexus of Synthesis and Degradation Deciphers Cellular Nrf2 Expression Levels. (2013)
  • Author(s): Takafumi Suzuki, Tatsuhiro Shibata, Kai Takaya, Hozumi Motohashi, and Masayuki Yamamoto.
  • Organizer: The 35rd NAITO conference on The Ubiquitin-Proteasome System, From Basic Mechanisms to Pathophysiological Roles
  • Place of Presentation: Sapporo
• [Presentation] ミエロイド系細胞における酸化ストレス防御機構破綻ががん転移に及ぼす影響 (2013)
  • Author(s): 平本圭一郎、佐藤大希、鈴木隆史、山本雅之
  • Organizer: 第79回日本生化学会東北支部会
  • Place of Presentation: 片平さくらホール
• [Presentation] Keap1-Nrf2システムによる酸化ストレス防御機構 (2013)
  • Author(s): 鈴木隆史
  • Organizer: 第31回Kidney, Hypertension & Endocrine Seminar
  • Place of Presentation: 東北大学艮陵会館
  • Invited
• [Presentation] Regulatory Nexus of Synthesis and Degradation Deciphers Cellular Nrf2 Expression Levels. (2013)
  • Author(s): 鈴木隆史、柴田龍弘、高屋快、本橋ほづみ、山本雅之
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 横浜パシフィコ
• [Presentation] 転写因子Nrf2の舌癌予防効果 (2013)
  • Author(s): 大越明、鈴木隆史、小林俊光、山本雅之
  • Organizer: 第61回日本耳鼻咽喉科学会東北地方連合学術講演会
  • Place of Presentation: 弘前