直鎖型ポリユビキチン鎖合成の構造的基盤の解明

• Project Area: New aspect of the ubiquitin system : its enormous roles in protein regulation
• Project/Area Number: 25112514
• 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: Kyoto University
• Principal Investigator: 杤尾 豪人 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (70336593)
• 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: 構造解析 / ユビキチン / NMR / X線結晶構造解析 / 構造生物学 / NF-κB

Outline of Annual Research Achievements

本課題では、直鎖型Ub鎖の合成に与るユビキチンリガーゼ、LUBAC（Linear UBiquitin chain Assembly Complex）のUb鎖伸長機構の解明を目指し、構造生物学的研究を行った。LUBACは、HOIL-1L、HOIP、SHARPINからなるが、このうち、HOIL-1LとHOIPからなる二者複合体でも直鎖型Ub鎖の伸長が行え、さらにはその一部領域（miniLUBAC）でも、直鎖Ub伸長活性があるので、まずはminiLUBACの解析を試みた。しかしながら、安定した試料を調製できたものの、結晶化には至っておらず、現在も検討中である。他方、LUBACのヘテロ三量体が形成される機構を解明するために、HOIPとSHARPINの複合体形成を調べた。両者が相互作用する部位からなる複合体を調製し結晶化を試みたところ、結晶が得られる条件を見出した。但し、X線結晶回折実験から得られたデータは、分解能７～８オングストロームと不十分であった。コンストラクトの再検討を進めている。

以上と平行して進めていた、オートファジー系に関わるユビキチン結合タンパク質であるNBR1のUBA(Ubiquitin association domain)の立体構造解析を完了した。NMR滴定実験から、当該UBAのユビキチン結合様式は典型的なUBAドメインと同様であることが分かった。また、このUBAが二量化することも見出した。但し、このUBA二量体は、p62 UBAの二量体ほど安定ではないことも分かった。さらに、ITC(Isothermal Titration Calorimetry)によってUBAとLys48ポリユビキチン鎖、Lys63ポリユビキチン鎖との結合実験を行った結果、何れの鎖にも同程度の親和性で結合することを明らかにした。

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 unexpected role of polyubiquitin chains in the formation of fibrillar aggregates. (2015)
  • Author(s): Morimoto D,Walinda E, Fukada H, Sou YS, Kageyama S, Hoshino M, Fujii T, Tsuchiya H, Saeki Y, Arita K, Ariyoshi M, Tochio H, Iwai K, Namba K, Komatsu M, Tanaka K, Shirakawa M.
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 6 Issue: 1 Pages: 6116-6116
  • DOI: 10.1038/ncomms7116
  • NAID: 120005528125
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The structural basis for receptor recognition of human interleukin-18 (2014)
  • Author(s): Naotaka Tsutsumi, Takeshi Kimura, Kyohei Arita, Mariko Ariyoshi, Hidenori Ohnishi, Takahiro Yamamoto, Xiaobing Zuo, Katsumi Maenaka, Enoch Y. Park, Naomi Kondo, Masahiro Shirakawa, Hidehito Tochio and Zenichiro Kato
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 5 5340 Issue: 1 Pages: 1-13
  • DOI: 10.1038/ncomms6340
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Solution Structure of the Ubiquitin-associated (UBA) Domain of Human Autophagy Receptor NBR1 and its Interaction with Ubiquitin and Polyubiquitin. (2014)
  • Author(s): E. Walinda, D. Morimoto. K. Sugase. T. Konuma. H. Tochio, M. Shirakawa
  • Journal Title: The Journal of Biological Chemistry Volume: (印刷中) Issue: 20 Pages: 13890-13902
  • DOI: 10.1074/jbc.m114.555441
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Functional assessment of the mutational effects of human IRAK4 and MyD88 genes. (2014)
  • Author(s): Yamamoto T, Tsutsumi N, Tochio H, Ohnishi H, Kubota K, Kato Z, Shirakawa M, Kondo N.
  • Journal Title: Mol Immunol Volume: 58(1) Issue: 1 Pages: 66-76
  • DOI: 10.1016/j.molimm.2013.11.008
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pruning the ALS-associated protein SOD1 for in-cell NMR. (2013)
  • Author(s): Danielsson J, Inomata K, Murayama S, Tochio H, Lang L, Shirakawa M, Oliveberg M.
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 135（28） Issue: 28 Pages: 10266-10269
  • DOI: 10.1021/ja404425r
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] The structural basis for receptor recognition of interleukin-18 (2014)
  • Author(s): Hidehito Tochio
  • Organizer: International NMR Symposium on Pharmaceutical NMR
  • Place of Presentation: Osaka University
  • Year and Date: 2014-12-20
  • Invited
• [Presentation] タンパク質NMRの生体系への応用：新規MRI及びin-cell NMR法 (2014)
  • Author(s): 杤尾 豪人
  • Organizer: 第53回NMR討論会
  • Place of Presentation: 大阪大学コンベンションセンター
  • Year and Date: 2014-11-04 – 2014-11-06
  • Invited
• [Presentation] Structural study of the recognition mode of interleukin-18 by the receptors. (2014)
  • Author(s): Hidehito Tochio
  • Organizer: Symposium on Structure and Folding of Disease Related Proteins
  • Place of Presentation: Seoul University
  • Year and Date: 2014-07-11
  • Invited
• [Presentation] Structural insights into the recognition mode of interleukin-18 by the receptors. (2013)
  • Author(s): N. Tsutsumi, T. Kimura , K. Arita , H. Ohnishi , M. Ariyoshi , X. Zuo , N. Kondo , M. Shirakawa, Z. Kato, H. Tochio
  • Organizer: The 5th EMBO meeting 2013
  • Place of Presentation: Amsterdam, Holland