システイン残基ユビキチン化修飾の分子基盤とペルオキシソームタンパク質輸送制御

• Project Area: New aspect of the ubiquitin system : its enormous roles in protein regulation
• Project/Area Number: 25112518
• 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: Kyushu University
• Principal Investigator: 藤木 幸夫 九州大学, その他部局等, 特任教授 (70261237)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Discontinued (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: ペルオキシソーム / ユビキチン化 / タンパク質輸送 / ペルオキシン

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、ペルオキシソーム移行シグナル1型（PTS1）受容体であるPex5pのN末領域に保存されたシステイン残基のモノユビキチン化修飾（Cys-Ub化と略）によるペルオキシソームへのタンパク質輸送制御機構の解明を目的とした。本年度の研究成果の概略を記す。
A） Pex5pのCys-Ub化修飾の分子基盤
In vivoにおいてPex5pのCys-Ub化に必要であるRINGペルオキシン3種（Pex2p、Pex10p、Pex12p）をE3として、組換えタンパク質を用いたin vitroでのPex5p Cys-Ub化の再構成を試みた。3種RINGペルオキシンのRINGドメインあるいは全長タンパク質を各種組合せで混合するなど多くの検討を行ったが、溶液中でのCys-Ub化は再現できていない。In vivoでの解析結果と併せて、ペルオキシソーム膜に真在化したPex5pが特異的にRINGペルオキシンによるCys-Ub化の基質となることが強く示唆された。
B） Cys-Ub化修飾によるペルオキシソームマトリクスタンパク質輸送の制御機構
モノUb化被修飾能を欠失したPex5p-C11A変異体は、PEX5欠損性CHO変異細胞に対する相補活性を完全に失っていた。一方、Pex5p-C11K変異体はモノUb化されるものの野生型Pex5pより相補活性が低いことを見出し、Ub化の標的がCys残基であることがPex5pの機能に重要であることを示した。種々の解析から、Pex5pのCys残基がモノUb化だけでなくレドックスセンサーとして機能する可能性が示唆された。また、関連する研究成果として、PTS2受容体Pex7pのポリUb化を介した分解による機能調節機構を明らかにし、国際誌Biochemical Journalに発表した（Miyauchi-Nanri Y., et al., Biochem. J. 463, 65-74 (2014)）。

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 peroxin Pex14p is the key component for coordinated autophagic degradation of mammalian peroxisomes by direct binding to LC3-II (2015)
  • Author(s): Jiang, L., Hara-Kuge, S., Yamashita, S., and *Fujiki, Y.
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 20 Issue: 1 Pages: 36-49
  • DOI: 10.1111/gtc.12198
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Molecular basis for peroxisome biogenesis disorders (2014)
  • Author(s): *Fujiki, Y., Okumoto, K., Mukai, S., and Tamura, S.
  • Journal Title: In: Brocard, C. and Hartig, A. (eds) Molecular machines involved in peroxisome biogenesis and maintenance, Springer-Verlag, Wien, Austria Volume: ― Pages: 91-110
  • DOI: 10.1007/978-3-7091-1788-0_5
  • ISBN: 9783709117873, 9783709117880
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Molecular complex coordinating peroxisome morphogenesis (2014)
  • Author(s): *Fujiki, Y., Itoyama, A., Abe, Y., and Honsho, M.
  • Journal Title: In: Brocard, C. and Hartig, A. (eds) Molecular machines involved in peroxisome biogenesis and maintenance, Springer-Verlag, Wien, Austria Volume: ― Pages: 391-401
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Distinct modes of ubiquitination of peroxisome-targeting signal type 1 (PTS1)-receptor Pex5p regulate PTS1 protein import (2014)
  • Author(s): Okumoto, K., Noda, H., and *Fujiki, Y.
  • Journal Title: The Journal of Biological Chemistry Volume: 289 Issue: 20 Pages: 14089-14108
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.527937
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Mild reduction of plasmalogens causes rhizomelic chondrodysplasia punctata: Functional characterization of a novel mutation (2014)
  • Author(s): Noguchi, M., Honsho, M., Abe, Y., Toyama, R., Niwa, H., Sato, Y., Ghaedi, K., Rahmanifar, A., Shafeghati, Y., and *Fujiki, Y.
  • Journal Title: Journal of Human Genetics Volume: 59 Issue: 7 Pages: 387-392
  • DOI: 10.1038/jhg.2014.39
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The membrane peroxin PEX3 induces peroxisome-ubiquitination-linked pexophagy (2014)
  • Author(s): Yamashita, S., Abe, K., Tatemichi, Y., and *Fujiki, Y.
  • Journal Title: Autophagy Volume: 10 Issue: 9 Pages: 1549-1564
  • DOI: 10.4161/auto.29329
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Peroxisome biogenesis in mammalian cells (2014)
  • Author(s): *Fujiki, Y., Okumoto, K., Mukai, S., Honsho, M., and Tamura, S.
  • Journal Title: Frontiers in Physiology Volume: 5 Pages: 307-315
  • DOI: 10.3389/fphys.2014.00307
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Cul4A-DDB1-Rbx1 E3 ligase controls the quality of the PTS2 receptor Pex7p (2014)
  • Author(s): Miyauchi-Nanri, Y., Mukai, S., Kuroda, K., and *Fujiki, Y.
  • Journal Title: Biochemical Journal Volume: 463 Issue: 1 Pages: 65-74
  • DOI: 10.1042/bj20130861
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] AAA peroxins and their recruiter Pex26p modulate the interactions of peroxins involved in peroxisomal protein import (2014)
  • Author(s): Tamura, S., Matsumoto, N., Takeba, R., and *Fujiki, Y.
  • Journal Title: The Journal of Biological Chemistry Volume: 289 Issue: 35 Pages: 24336-24346
  • DOI: 10.1074/jbc.m114.588038
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Molecular basis for peroxisome biogenesis disorders (2014)
  • Author(s): *Fujiki, Y., Okumoto, K., Mukai, S., and Tamura, S.
  • Journal Title: In: Brocard, C. and Hartig, A. (eds) Molecular machines involved in peroxisome biogenesis and maintenance, Berlin, Springer-Verlag Volume: N/A
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular complex coordinating peroxisome morphogenesis in mammalian cells (2014)
  • Author(s): *Fujiki, Y., Itoyama, A., Abe, Y., and Honsho, M.
  • Journal Title: In: Brocard, C. and Hartig, A. (eds) Molecular machines involved in peroxisome biogenesis and maintenance, Berlin, Springer-Verlag Volume: N/A
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Very-long-chain polyunsaturated fatty acids accumulate in phosphatidylcholine of fibroblasts from patients with Zellweger syndrome and acyl-CoA oxidase1 deficiency (2014)
  • Author(s): Yuichi Abe, Masanori Honsho, Hiroki Nakanishi, Ryo Taguchi, Yukio Fujiki
  • Journal Title: BBA - Molecular and Cell Biology of Lipids Volume: 1841 Issue: 4 Pages: 610-619
  • DOI: 10.1016/j.bbalip.2014.01.001
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] System to quantify the import of peroxisomal matrix proteins by fluorescence intensity (2013)
  • Author(s): Noguchi, M., Okumoto, K., and *Fujiki, Y
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 18 Issue: 6 Pages: 476-492
  • DOI: 10.1111/gtc.12051
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mff functions with Pex11pbeta and DLP1 in peroxisomal fission (2013)
  • Author(s): Akinori Itoyama, Satoru Michiyuki, Masanori Honsho, Taizo Yamamoto, Ann Moser, Yumi Yoshida, and Yukio Fujiki
  • Journal Title: Biology Open Volume: 2 Issue: 10 Pages: 998-1006
  • DOI: 10.1242/bio.20135298
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Topogenesis and homeostasis of Fatty Acyl-CoA reductase 1 (2013)
  • Author(s): Masanori Honsho, Shunsuke Asaoku, Keiko Fukumoto, and Yukio Fujiki
  • Journal Title: The Journal of Biological Chemistry Volume: 288 Issue: 48 Pages: 34588-34598
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.498345
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ペルオキシソーム局在型Miro1バリアントの同定とその機能解析 (2014)
  • Author(s): 奥本寛治、小野立晃、下村紋子、外山隆介、藤木幸夫
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜 （横浜市）
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] D-アミノ酸酸化酵素（DAO)の細胞内局在異常による細胞毒性 (2014)
  • Author(s): 福留久美子、阿部雄一、本庄雅則、藤木幸夫
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜 （横浜市）
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] Molecular complex coordinating peroxisome morphogenesis in mammalian cells (2014)
  • Author(s): Yukio Fujiki, Akinori Itoyama, Yuichi Abe, and Masanori Honsho
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館・グランドプリンスホテル京都 （京都市）
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
  • Invited
• [Presentation] エーテルリン脂質プラスマローゲン依存的なコレステロールの生合成 (2014)
  • Author(s): 本庄雅則、 藤木幸夫
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館・グランドプリンスホテル京都 （京都市）
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [Presentation] 新生鎖テイルアンカー型タンパク質の運命決定・膜局在化機構 (2014)
  • Author(s): 八木田悠一、劉玉瓊、奥本寛治、藤木幸夫
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館・グランドプリンスホテル京都 （京都市）
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
  • Invited
• [Presentation] PEX14欠損マウスにおける大脳皮質の形態とリン脂質の解析 (2014)
  • Author(s): 阿部雄一、伊藤竜太、中山啓子、丸谷寿裕、本庄雅則、藤谷昌司、山下俊英、中山敬一、藤木幸夫
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館・グランドプリンスホテル京都 （京都市）
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [Presentation] ペルオキシソーム膜透過装置複合体の同定とマトリックスタンパク質輸送の分子メカニズム解明 (2014)
  • Author(s): 小川智大、田村茂彦、藤木幸夫
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館・グランドプリンスホテル京都 （京都市）
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [Presentation] The peroxin Pex14p is the key component for coordinating autophagic degradation of mammalian peroxisomes by directly binding to LC3-II (2014)
  • Author(s): Li Jiang, Sayuri Kuge, Shun-ichi Yamashita, and Yukio Fujiki
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館・グランドプリンスホテル京都 （京都市）
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [Presentation] 私の人生ベクトルーオルガネラとの出会い ― A Vector of My Life－Encounter with Organelles ― (2014)
  • Author(s): 藤木 幸夫
  • Organizer: 第66回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂・東大寺総合文化センター（奈良市）
  • Year and Date: 2014-06-11 – 2014-06-13
  • Invited
• [Presentation] ペルオキシソーム移行シグナル1型（PTS1)レセプターPex5ｐの結合因子、P5BP1の機能解析 (2014)
  • Author(s): 奥本 寛治、白濱 友里、藤木 幸夫
  • Organizer: 第66回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂・東大寺総合文化センター（奈良市）
  • Year and Date: 2014-06-11 – 2014-06-13
• [Presentation] Direct targeting of membrane proteins to mammalian peroxisomes (2014)
  • Author(s): Yuqiong Liu, Yuichi Yagita, and Yukio Fujiki
  • Organizer: 第66回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂・東大寺総合文化センター（奈良市）
  • Year and Date: 2014-06-11 – 2014-06-13
• [Presentation] Biogenesis and assembly of peroxisomal proteins
  • Author(s): Yukio Fujiki
  • Organizer: EMBO conference: Protein transport systems:From Structure to Function (開催期間： April 13-17, 2013)
  • Place of Presentation: Dubrovnik, Croatia
  • Invited
• [Presentation] Peroxisome Membrane Biogenesis in Mammals
  • Author(s): Yukio Fujiki
  • Organizer: ASBMB Special Symposia: The Multitasking Endoplasmic Reticulum in Health and Disease (開催期間： May 1-3, 2013)
  • Place of Presentation: Airlie Center, Warrenton, Va, USA
  • Invited
• [Presentation] ペルオキシソームタンパク質膜透過装置複合体の同定と膜透過メカニズム
  • Author(s): 田村 茂彦、矢田裕人、藤木幸夫
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会 (開催期間： 2013年9月11-13日）
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜市）
• [Presentation] ペルオキシソーム移行シグナル1型（PTS1)レセプターPex5pの新規結合因子、P5BP1の同定
  • Author(s): 奥本 寛治、白濱友里、藤木幸夫
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜市）
• [Presentation] エーテルリン脂質プラスマローゲンによるコレステロール生合成の制御
  • Author(s): 本庄 雅則、藤木幸夫
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜市）
• [Presentation] ペルオキシソーム形態異常による細胞内リン脂質代謝への影響解析
  • Author(s): 阿部 雄一、本庄 雅則、石原 直忠、三原 勝芳、Ronald J.A. Wanders、藤木 幸夫
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜市）
• [Presentation] ヒト乳癌由来MCF-7細胞はプラスマローゲン合成不全細胞である
  • Author(s): 高橋 公紀、本庄雅則、藤木幸夫
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜市）
• [Presentation] Direct targeting of membrane proteins to mammalian peroxisomes
  • Author(s): Yuqiong Liu, Yuichi Yagita, and Yukio Fujiki
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜市）
• [Presentation] 哺乳類ペキソファジーにおけるアダプタータンパク質の役割
  • Author(s): 山下 俊一、藤木幸夫
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜(横浜市）
• [Presentation] Dynamic and functional assembly of the AAA peroxins, Pex1p and Pex6p, and their membrane receptor Pex26p in shuttling of PTS1-receptor Pex5p during peroxisome biogenesis
  • Author(s): Yukio Fujiki
  • Organizer: 10th International Conference on AAA+ Proteins From Mechanisms and Disease to Targets (開催期間: September 15-19, 2013)
  • Place of Presentation: Comundo Conference Center, Neuss, Germany
  • Invited
• [Presentation] A novel AAA ATPase interacting with Pex7 modulates plasmalogen synthesis
  • Author(s): Hajime Niwa, Yasuhiro Miyauchi-Nanri, Masanori Honsho, and Yukio Fujiki
  • Organizer: 10th International Conference on AAA+ Proteins From Mechanisms and Disease to Targets
  • Place of Presentation: Comundo Conference Center, Neuss, Germany
• [Presentation] RING peroxin complexes comprising Pex10p and Pex12p ubiquitinate the PTS1 receptor Pex5p and regulate its shuttling between peroxisomes and the cytosol
  • Author(s): Kanji Okumoto, Hiromi Noda, and Yukio Fujiki
  • Organizer: PerFuMe Kick-Off Conference on peroxisome biology (開催期間： December 1-4, 2013)
  • Place of Presentation: Hampshire Plaza, Groningen, The Netherlands
• [Presentation] Targeting pathway and signal of a novel peroxisomal tail-anchored proteins PMP55
  • Author(s): Yuichi Yagita, Yukio Fujiki
  • Organizer: 第36回日本分子生物学会年会 (開催期間：2013年12月3-6日）
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド(神戸市）
• [Presentation] Identification of a novel protein interacting with peroxisome targeting signal type 1 (PTS1) receptor, Pex5p
  • Author(s): Yuri Shirahama, Kanji Okumoto, and Yukio Fujiki
  • 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(神戸市）
• [Book] 医学のあゆみ 特集 ｢生命と脂質： 最新の研究と臨床」 Vol.248, No.13, ペルオキシソームの脂質代謝 (2014)
  • Author(s): 藤木 幸夫、 本庄 雅則
  • Total Pages: 7
  • Publisher: 医歯薬出版
• [Book] 細胞工学 8月号 特集：テイルアンカー型タンパク質の細胞内輸送と膜挿入機構～現代生物学に残された謎の一つがいま解かれる～Overview～ (2013)
  • Author(s): 藤木 幸夫
  • Total Pages: 3
  • Publisher: 秀潤社
• [Book] 細胞工学 8月号 特集：テイルアンカー型タンパク質の細胞内輸送と膜挿入機構～テイルアンカー型ペルオキシソームタンパク質の輸送機構 (2013)
  • Author(s): 八木田 悠一、 藤木 幸夫
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 秀潤社