CYLDによるK63結合型および直鎖型ポリユビキチン鎖選択的切断機構の詳細な解析

• Project Area: Regulation of signal transduction by post-translational modifications and its pathogenic dysregulation
• Project/Area Number: 25117711
• 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: 佐藤 裕介 東京大学, 放射光連携研究機構, 助教 (50568061)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2014: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2013: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: X線結晶構造解析 / ユビキチン

Outline of Annual Research Achievements

脱ユビキチン（Ub）化酵素CYLDは家族性円柱腫症の原因遺伝子産物として同定された癌抑制タンパク質である。CYLDのC末端側に存在するUb-specific protease（USP）ドメインは、NF-κB活性化シグナルとして働くLys63結合型およびMet1結合型ポリUb鎖特異的な切断活性をもち、それ以外のUb鎖に対しては切断活性を有していない。このため、CYLDはNF-κBシグナル伝達経路に関与するタンパク質群を特異的に脱Ub化することで、NF-κBシグナル伝達を負に制御し癌化を抑制する。従って、CYLDによる癌化抑制のメカニズムの解明にはポリUb鎖の識別機構を明らかとする必要がある。本研究ではCYLDのUSPドメインとLys63結合型およびMet1結合型Ub鎖との複合体の結晶構造解析、さらに変異体を用いた切断活性の速度論的解析を行った。
研究成果として、CYLDとLys63結合型およびMet1結合型Ub２量体との反応中間体の結晶構造を決定し、CYLDのUSPドメインが8種類あるUb鎖のうち、Lys63結合型とMet結合型Ub鎖のみを特異的に切断するメカニズムを明らかとした。さらに、脱Ub化活性を減少させた変異CYLDが、細胞内でNF-κBシグナル、およびJNKシグナル伝達にあたえる影響を調べ、脱Ub活性がこれらのシグナル伝達経路に与える影響を明らかとした。この成果は「Structures of CYLD USP with Met1- or Lys63-linked diubiquitin reveal mechanisms for dual specificity」というタイトルで、「Nature Structural & Molecular Biology」に掲載された。

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] Structural basis for ubiquitin recognition by ubiquitin-binding zinc finger of FAAP20 (2015)
  • Author(s): Toma, A, Takahashi, T. S., Sato, Y., Yamagata, A., Goto-Ito, S., Nakada, S., Fukuto, A., Horikoshi, Y., Tashiro, S., Fukai, S.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 10 Issue: 3 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0120887
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structures of CYLD USP with Met1- or Lys63-linked diubiquitin reveal mechanisms for dual specificity (2015)
  • Author(s): Sato, Y., Goto, E., Shibata, Y., Kubota, Y., Yamagata, A., Goto-Ito, S., Kubota, K., Inoue, J., Takekawa, M., Tokunaga, F. and Fukai, S.
  • Journal Title: Nat. Struct. Mol. Biol. Volume: 22 Issue: 3 Pages: 222-229
  • DOI: 10.1038/nsmb.2970
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Switching and emergence of CTL epitopes in HIV-1 infection (2014)
  • Author(s): Han C, Kawana-Tachikawa A, Shimizu A, Zhu D, Nakamura H, Adachi E, Kikuchi T, Koga M, Koibuchi T, Gao GF, Sato Y, Yamagata A, Martin E, Fukai S, Brumme ZL, Iwamoto A
  • Journal Title: Retrovirology Volume: in press
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structure of TCR and antigen complexes at an immunodominant CTL epitope in HIV-1 infection (2013)
  • Author(s): Shimizu, A., Kawana-Tachikawa. A., Yamagata, A., Han, C., Zhu, D., Sato, Y., Nakamura, H., Koibuchi, T., Carlson, J., Martin, E., Brumme, C.J., Shi, Y., Gao, G.F., Brumme, Z.L., Fukai, S., Iwamoto, A.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 3 Issue: 1 Pages: 3097-3097
  • DOI: 10.1038/srep03097
  • Peer Reviewed
• [Presentation] CYLDによるLys63鎖およびMet1鎖特異的切断機構の構造的基盤 (2014)
  • Author(s): 佐藤裕介
  • Organizer: 日本薬学会
  • Place of Presentation: 熊本大学
• [Presentation] Structural basis for recognition of ubiquitin by UMI domain of RNF168 (2013)
  • Author(s): 佐藤裕介
  • Organizer: THE UBIQUITIN FAMILY
  • Place of Presentation: Cold Spring Harbor Laboratory
• [Presentation] Structural basis for specific cleavage of Met1- and Lys63-linked polyubiquitin chains by the USP domain of CYLD (2013)
  • Author(s): 佐藤裕介
  • Organizer: International Conference on Structural Genomics 2013
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル札幌