時計タンパク質CRYの安定化と分解という拮抗作用を導く2種類のE3リガーゼ

• Project Area: New aspect of the ubiquitin system : its enormous roles in protein regulation
• Project/Area Number: 25112504
• 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: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 深田 吉孝 東京大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (80165258)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000); Fiscal Year 2014: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000); Fiscal Year 2013: ¥9,230,000 (Direct Cost: ¥7,100,000、Indirect Cost: ¥2,130,000)
• Keywords: サーカディアンリズム / 生物時計 / CRY / タンパク質分解 / ユビキチン / USP7 / TDP-43 / UBE3A/E6AP

Outline of Annual Research Achievements

FBXL3とFBXL21は互いに最も近縁なF-boxタンパク質であるが、それぞれCRYの分解促進と安定化という拮抗的な作用を示す。本研究では、これら2種のE3リガーゼが形成するCRYのポリユビキチン鎖の結合様式やユビキチン化部位の違いに着目し、この拮抗作用をスイッチする可能性のある分子としてUSP7を同定した。さらに、CRYとの相互作用分子として新しくTDP-43を同定した。TDP-43の過剰発現はCRYを安定化して細胞時計の振動周期を短縮し、機能阻害はCRYを不安定化して時計の周期を延長した。このように、CRYの安定性制御に関わる因子の機能解析を通じ、概日時計における時計タンパク質の安定性制御の重要性を示すことができた。
私共はこれまで、CRY2のSer557がDYRK1Aキナーゼによりリン酸化されるとSer553がGSK3betaにより二次リン酸化されてプロテアソーム依存的に分解されることを報告した。本研究では、このリン酸化依存的なCRY2分解の生理的意味を理解するためSer557をAlaに置換したノックインマウスを作製した。その結果、この分解系は、細胞質においてCRY2の過剰蓄積を抑制するように働き、マウスの行動リズムを強く制御していることを明らかにした (MCB, 2014)。
また本研究では、時計タンパク質BMAL1をユビキチン化して分解に導くE3リガーゼUBE3A/E6APを同定した。UBE3Aは正常細胞においてBMAL1分解を介して時計振動に重要な役割を果たすことを示すと共に、HPV感染時にはE6依存的に活性化されたUBE3A がBMAL1を過剰分解して時計振動を停止させることを見出した(NAR, 2014)。さらに、時計タンパク質DBPのリン酸化部位とユビキチン化部位を同定し、相互作用するリン酸化酵素とE3リガーゼを同定した。今後これらの機能解析を通じて、DBPタンパク質の安定性と転写活性の時刻依存的な制御機構を明らかにしたい。

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] The E3 ubiquitin ligase UBE3A is an integral component of the molecular circadian clock through regulating the BMAL1 transcription factor. (2014)
  • Author(s): Nicole Gossan, Feng Zhang, Baoqiang Guo, Ding Jin, Hikari Yoshitane, Aiyu Yao, Nick Glossop, Yong Q Zhang, Yoshitaka Fukada, Qing-Jun Meng
  • Journal Title: Nucl. Acids Res. Volume: 42 Issue: 9 Pages: 5765-5775
  • DOI: 10.1093/nar/gku225
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] In vivo role of phosphorylation of cryptochrome 2 in the mouse circadian clock. (2014)
  • Author(s): Hirano A, Kurabayashi N, Nakagawa T, Shioi G, Todo T, Hirota T, Fukada Y.
  • Journal Title: Mol. Cell. Biol. Volume: 34(24) Issue: 24 Pages: 4464-73
  • DOI: 10.1128/mcb.00711-14
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] リン酸化とユビキチン化によるサーカディアンリズムの制御 (2014)
  • Author(s): 平野有沙、深田吉孝
  • Journal Title: 生化学 Volume: 86 Pages: 528-531
  • NAID: 40020201067
• [Journal Article] The circadian clock regulates the NRF2/ARE-mediated antioxidant defence pathway in the mouse lung. (2014)
  • Author(s): Pekovic-Vaughan V, Gibbs J, Yoshitane H, Yang N, Pathiranage D, Guo B, Sagami A, Taguchi K, Bechtold D, Loudon A, Yamamoto M, Chan J, van der Horst GTJ, Fukada Y, and Meng Q-J.
  • Journal Title: Genes Dev Volume: 28 Issue: 6 Pages: 548-560
  • DOI: 10.1101/gad.237081.113
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] F-boxタンパク質による時計タンパク質の安定性制御と行動リズムの制御 (2013)
  • Author(s): 平野有沙、深田吉孝
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 31 Pages: 2140-2143
• [Journal Article] FBXL21は時計タンパク質CRYをユビキチン化修飾して安定化することにより概日リズムを制御する (2013)
  • Author(s): 平野有沙、深田吉孝
  • Journal Title: 細胞工学 Volume: 32 Pages: 796-798
• [Presentation] The E3 ubiquitin ligase UBE3A is an integral component of the molecularcircadian clock through regulatingthe BMAL1 transcription factor. (2015)
  • Author(s): Hikari Yoshitane, Nicole Gossan, Yong Q Zhang, Qing-Jun Meng and Yoshitaka Fukada
  • Organizer: 2nd International Symposium on Protein Modifications in Pathogenic Dysregulationof Signaling
  • Place of Presentation: 東京大学医科学研究所（東京都・港区）
  • Year and Date: 2015-01-23 – 2015-01-24
• [Presentation] 24時間リズムを生み出す中枢時計タンパク質CRY・BMAL1のユビキチン化と体内時計の制御. (2014)
  • Author(s): 深田 吉孝
  • Organizer: 平成26年度「ユビキチンネオバイオロジー」第1回領域会議
  • Place of Presentation: ホテルたつき（愛知県・蒲郡市）
  • Year and Date: 2014-12-05
• [Presentation] The E3 ubiquitin ligase UBE3A is an integral component of the molecular circadian clock through regulating the BMAL1 transcription factor. (2014)
  • Author(s): Hikari Yoshitane, NC Gossan, F Zhang, B Guo, D Jin, A Yao, N Glossop, YQ. Zhang, QJ Meng, Yoshitaka Fukada
  • Organizer: 平成26年度「ユビキチンネオバイオロジー」第1回領域会議
  • Place of Presentation: ホテルたつき（愛知県・蒲郡市）
  • Year and Date: 2014-12-04
• [Presentation] FBXL２１による時計タンパク質CRY安定化メカニズムへのアプローチ. (2014)
  • Author(s): Kenta Matsuzawa, Hikari Yoshitane, Tomoki Nakagawa, Arisa Hirano, Kanae Yumimoto, Ryosuke Tsunematsu, Masaki Matsumoto, Masaaki Oyam, Hiroko Kozuka-Hata, Darin Lanjakornsiripan, Keiichi I. Nakayama and Yoshitaka Fukada
  • Organizer: 平成26年度「ユビキチンネオバイオロジー」第1回領域会議
  • Place of Presentation: ホテルたつき（愛知県・蒲郡市）
  • Year and Date: 2014-12-04
• [Presentation] USP7はCRYのユビキチン化依存的な分解と拮抗して概日時計を調節する. (2014)
  • Author(s): Tomoki Nakagawa, Arisa Hirano, Masaaki Oyama, Hiroko Kozuka-Hata, Darin Lanjakornsiripan, and Yoshitaka Fukada
  • Organizer: 平成26年度「ユビキチンネオバイオロジー」第1回領域会議
  • Place of Presentation: ホテルたつき（愛知県・蒲郡市）
  • Year and Date: 2014-12-04
• [Presentation] USP7 Counteracts Ubiquitination and Degradation of Cryptochrome and Modulates Circadian Oscillation. (2014)
  • Author(s): Tomoki Nakagawa, Arisa Hirano, Masaaki Oyama, Hiroko Kozuka-Hata, Darin Lanjakornsiripan, and Yoshitaka Fukada.
  • Organizer: Symposium for young ubiquitin researcher
  • Place of Presentation: 国際高等研究所（京都府・木津川市）
  • Year and Date: 2014-11-11
• [Presentation] UBE3A, a E3 ubiquitin ligase that regulates the circadian clock in mammalian cells and flies. (2014)
  • Author(s): Yoshitka fukada
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府・京都市）
  • Year and Date: 2014-10-18
  • Invited
• [Presentation] Photobiology and Chronobiology: From Each to Lap. (2014)
  • Author(s): Yoshitaka Fukada
  • Organizer: 11th International Congress of Neuroethology and 36th Annual Meeting of The Japanese Society for Comparative Physiology and Biochemistry
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター（北海道・札幌市）
  • Year and Date: 2014-07-30
  • Invited
• [Presentation] Ubiquitination-mediated regulation of CRY proteins stability is important for mammalian circadian clock. (2013)
  • Author(s): Yoshitaka Fukada
  • Organizer: Gordon Research Conferences:Chronobiology
  • Place of Presentation: サルブ レジーナ大学（ロードアイランド衆 米国）
• [Presentation] Stabilization of mouse CRY proteins by FBXL21 is critical for circadian oscillation of the biological clock.～in vivo analysis of Fbxl21 in mice～
  • Author(s): 深田吉孝、平野 有沙、弓本 佳苗、恒松 良佑、松本 雅記、尾山 大明、秦 裕子、中川 智貴、ランジャコーンシリパン ダーリン、中山 敬一
  • Organizer: 第35回内藤記念コンファランス
  • Place of Presentation: シャトレーゼ ガトーキングダム(札幌市 北海道)
• [Presentation] Stabilization of mouse CRY proteins by FBXL21 is critical for circadian oscillation of the biological clock.～Molecular characterization of FBXL21 in circadian clockwork～
  • Author(s): Arisa Hirano, Kanae Yumimoto, Ryosuke Tsunematsu, Masaki Matsumoto, Masaaki Oyama, Hiroko Kozuka-Hata, Tomoki Nakagawa, Darin Lanjakornsiripan, Keiichi I. Nakayama and Yoshitaka Fukada.
  • Organizer: 第35回内藤記念コンファランス
  • Place of Presentation: シャトレーゼ ガトーキングダム(札幌市 北海道)
• [Presentation] FBXL21-mediated ubiquitination and stabilization of CRY1 and CRY2 are essential for mouse behavioral rhythm.
  • Author(s): Arisa Hirano, Kanae Yumimoto, Ryosuke Tsunematsu, Masaki Matsumoto, Masaaki Oyama, Hiroko Kozuka-Hata, Tomoki Nakagawa, Darin Lanjakornsiripan, Keiichi I. Nakayama and Yoshitaka Fukada.
  • Organizer: XIII congress of the EBRS
  • Place of Presentation: Medical School of the Ludwig-Maximilians-University（ミュンヘン市 独国）
• [Presentation] 時計タンパク質CRYの脱ユビキチン化を担う酵素.
  • Author(s): 中川 智貴、平野 有沙、深田 吉孝
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県）
• [Presentation] F-box型E3リガーゼFBXL21によるCRYタンパク質の安定化と概日時計の発振制御.
  • Author(s): 平野 有沙、弓本 佳苗、恒松 良佑、松本 雅記、尾山 大明、秦 裕子、中川 智貴, ランジャコーンシリパン ダーリン、中山 敬一、深田 吉孝
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県）
  • Invited
• [Presentation] CRYタンパク質のマルチユビキチン化修飾によるマウス行動リズムの制御.
  • Author(s): 深田 吉孝
  • Organizer: 日本動物学会第84回岡山大会
  • Place of Presentation: 岡山大学津山キャンパス（岡山県）
  • Invited
• [Presentation] CRYタンパク質の安定性を制御する複雑なユビキチン化ネットワーク.
  • Author(s): 平野 有沙、中川 智貴、弓本 佳苗、恒松 良佑、松本 雅記、尾山 大明、秦 裕子、, ランジャコーンシリパン ダーリン、中山 敬一、深田 吉孝
  • Organizer: 第20回日本時間生物学術大会
  • Place of Presentation: 近畿大学東大阪キャンパス（大阪府）
  • Invited
• [Presentation] 時計タンパク質 CRY の安定化を担う脱ユビキチン化酵素.
  • Author(s): 中川 智貴、平野 有沙、深田 吉孝
  • Organizer: 第20回日本時間生物学術大会
  • Place of Presentation: 近畿大学東大阪キャンパス（大阪府）
• [Presentation] FBXL21とFBXL3による時計タンパク質CRYのユビキチン化を介した体内時計への拮抗作用.
  • Author(s): 深田 吉孝
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫県）
  • Invited
• [Presentation] 時計細胞におけるCRYタンパク質の量的制御の仕組み.
  • Author(s): 深田 吉孝
  • Organizer: 第2回視交叉上核アリーナ
  • Place of Presentation: 北海道大学（札幌市 北海道）
  • Invited
• [Remarks] 深田研究室
  • URL: http://www.biochem.s.u-tokyo.ac.jp/fukada-lab/index-j.html
• [Remarks] 深田研究室
  • URL: http://www.biochem.s.u-tokyo.ac.jp/fukada-lab/index-j.html