ユビキチン化による炎症・免疫シグナルの時空間制御とその数理シミュレーション

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Integrative understanding of biological signaling networks based on mathematical science
• Project/Area Number: 16H06575
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 井上 純一郎 東京大学, 医科学研究所, 教授 (70176428)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 徳永 文稔 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 教授 (00212069)
• Project Period (FY): 2016-06-30 – 2021-03-31
• Keywords: シグナル伝達 / 炎症 / 免疫 / 数理モデル

Outline of Annual Research Achievements

近年、蛍光イメージング技術の進歩によって、いくつかの転写因子の核内濃度が周期的に振動することが明らかになってきた。転写因子NF-kBファミリーの一つであるRelAも振動することが知られている。RelAは主にp50とヘテロ二量体を形成し、古典的経路と呼ばれる経路で働き細胞の増殖分化、細胞死を制御する遺伝子を発現誘導する。これまでの報告からRelAの振動は継続的な転写活性の維持に必要であると考えられている。一方で、非古典的経路は、リンパ器官の形成維持、リンパ球の成熟を制御している。この経路では細胞質に存在するp100/RelB二量体のp100が刺激依存的にp52に部分分解することでRelB/p52が核移行し標的遺伝子が発現誘導される。我々はRelBを蛍光タンパク質Venusで可視化したRelbVenus/Venusマウスを作製し、その細胞を用いることで刺激依存的かつ周期的なRelB核内量の振動を観察することに成功した。振動は刺激した細胞全てで起こるわけではなく、およそ全体の40%の細胞が振動するのに対して、20%は核移行はするものの振動に至らず、残りの20%は無応答であった。これは細胞を単一細胞クローニングしても再現された。即ち振動するかどうかは確率的に決定される可能性が考えられる。また、振動には核外搬出が伴うためNuclear export signal (NES)シグナルを持つタンパク質が関与する可能性が高く現在そのタンパク質の同定を急いでいる。今後はRelBの振動と転写制御の関係について解明を進める予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

NF-kBの非古典的経路に依存したRelBの核内濃度振動をライブイメージで解析する系を確立するとともにその分子機構に関してもいくつかの重要な知見を得たことは大きな成果と判断している。

Strategy for Future Research Activity

振動に関与するタンパク質を同定するとともに、振動のメカニズムを明らかにする。また、振動の転写制御への関与を明らかにし、振動の数理シミュレーションを目指す。

Research Products

• [Journal Article] Intratumoral bidirectional transitions between epithelial and mesenchymal cells in triple-negative breast cancer (2017)
  • Author(s): Yamamoto Mizuki、Sakane Kota、Tominaga Kana、Gotoh Noriko、Niwa Takayoshi、Kikuchi Yasuko、Tada Keiichiro、Goshima Naoki、Semba Kentaro、Inoue Jun-ichiro
  • Journal Title: Cancer Sci. Volume: 108 Pages: 1210～1222
  • DOI: 10.1111/cas.13246
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Epistasis between TIFAB and miR-146a, neighboring genes in del(5q) MDS. (2017)
  • Author(s): Varney, M., Choi, K., Bolanos, L., Christie, S., Fang, J., Grimes, L., Maciejewski, J., Inoue, J. and Starczynowski D
  • Journal Title: Leukemia Volume: 31 Pages: 491-495
  • DOI: 10.1038/leu.2016.276
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] HTLV-1 Tax Induces Formation of the Active Macromolecular IKK Complex by Generating Lys63- and Met1-Linked Hybrid Polyubiquitin Chains. (2017)
  • Author(s): Shibata, Y., Tokunaga, F., Goto, E., Komatsu, G., Gohda, J., Saeki, Y., Tanaka, K., Takahashi, H., Sawasaki, T., Inoue, S., Oshiumi, H., Seya, T., Nakano, H., Tanaka, Y., Iwai, K. and Inoue, J.
  • Journal Title: PLoS Pathogens Volume: 13（1） Pages: e1006162
  • DOI: 10.1371/journal.ppat.1006162
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Basal autophagy prevents autoactivation or enhancement of inflammatory signals by targeting monomeric MyD88. (2017)
  • Author(s): Into, T., Horie, T., Inomata1, M., Gohda, J., Inoue, J., Murakami, Y. and Niida., S
  • Journal Title: Sci. Rep Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Reduced SHARPIN and LUBAC formation may contribute to CCl4- or acetaminophen-induced liver cirrhosis in mice. (2017)
  • Author(s): Yamamotoya T, Nakatsu Y, Matsunaga Y, Fukushima T, Yamazaki H, Kaneko S, Fujishiro M, Kikuchi T, Kushiyama A, Tokunaga F, Asano T, and Sakoda H
  • Journal Title: Int. J. Mol. Sci. Volume: 18 Pages: E326
  • DOI: 10.3390/ijms18020326.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] ER stress in the pathogenesis of pretibial dystrophic epidermolysis bullosa. (2017)
  • Author(s): Hattori M, Shimuzu A, Oikawa D, Kamei K, Kaira K, Ishida-Yamamoto A, Nakano H, Sawamura D, Tokunaga F, and Ishikawa O.
  • Journal Title: Br. J. Dermatol. Volume: 印刷中 Pages: 印刷中
  • DOI: 10.1111/bjd.15342.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Decreased linear ubiquitination of NEMO and FADD on apoptosis with caspase-mediated cleavage of HOIP. (2017)
  • Author(s): Goto E and Tokunaga F.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 485 Pages: 152-159
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.02.040.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Quantitative phosphoproteomics-based molecular network description for high-resolution kinase-substrate interactome analysis (2016)
  • Author(s): Narushima, Y., Kozuka-Hata, H., Tsumoto, K., Inoue, J. and Oyama, M.
  • Journal Title: Bioinformatics Volume: 32(14) Pages: 2083-2088
  • DOI: 10.1093/bioinformatics/btw164
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification of embryonic precursor cells that differentiate into thymic epithelial cells 5 expressing autoimmune regulator (2016)
  • Author(s): Akiyama, N., Takizawa, N., Miyauchi, M., Yanai, H., Tateishi, R., Shinzawa, M., Yoshinaga, R., Kurihara, M., Demizu, Y., Yasuda, H., Yagi, S., Wu, G., Matsumoto, M., Sakamoto, R., Yoshida, N., Penninger, J.M., Kobayashi, Y., Inoue, J. and Akiyama, T.
  • Journal Title: J. Exp. Med. Volume: 213(8) Pages: 1441-1458
  • DOI: 10.1084/jem.20151780.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Regional regulation of filiform tongue papillae development by Ikkα/Irf6 (2016)
  • Author(s): Kawasaki, M., Kawasaki, K., Oommen, S., Blackburn, J., Watanabe, M., Nagai, T., Kitamura, A., Maeda, T., Liu, B., Schmidt-Ullrich, R., Akiyama, T., Inoue, J., Hammond, N.L., Sharpe, P.T. and Ohazama, A.
  • Journal Title: Dev. Dyn. Volume: 245（9） Pages: 937-946
  • DOI: 10.1002/dvdy.24427
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification of nafamostat as a potent inhibitor of Middle East respiratory syndrome (MERS) corona virus S-mediated membrane fusion using the split protein-based cell-cell fusion assay (2016)
  • Author(s): Yamamoto, M., Mastsuyama, S., Li, X., Takeda, M., Kawaguchi, Y., Inoue, J.* and Matsuda, Z.
  • Journal Title: Antimicrob. Agents Chemother. Volume: 60（11） Pages: 6532-6539
  • DOI: 10.1128/AAC.01043-16
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] nteraction of tumor necrosis factor receptor-associated factor 6 (TRAF6) and Vav3 in the receptor activator of nuclear factor kB (RANK) signaling complex enhances osteoclastogenesis. (2016)
  • Author(s): Yu, J., Yun, H., Shin, B., Kim, Y., Park, E.S., Choi, S., Yu, J., Amarasekara, D.S., Kim, S., Inoue, J., Walsh, M.C., Choi, Y., Takami, M. and Rho, J.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 291(39) Pages: 20643-20660
  • DOI: 10.1074/jbc.M116.728303
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Linear ubiquitination is involved in the pathogenesis of optineurin-associated amyotrophic lateral sclerosis. (2016)
  • Author(s): Nakazawa S, Oikawa D, Ishii R, Ayaki T, Takahashi H, Takeda H, Ishitani R, Kamei K, Takeyoshi I, Kawakami H, Iwai K, Hatada I, Sawasaki T, Ito H, Nureki O, and Tokunaga F.
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 7 Pages: 12547.
  • DOI: 10.1038/ncomms12547.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Structural and functional analysis of DDX41: a bispecific immune receptor for DNA and cyclic dinucleotide. (2016)
  • Author(s): Omura H, Oikawa D, Nakane T, Kato M, Ishii R, Ishitani R, Tokunaga F, and Nureki O.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 6 Pages: 34756
  • DOI: 10.1038/srep34756.
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] HTLV-1 Tax Induces K63-and M1-linked Hybrid Polyubiquitin Chains to Activate the IKK Complex (2017)
  • Author(s): Yuri Shibata, Ginga Komatsu, Jun-ichiro Inoue
  • Organizer: 18th International Conference on Human Retrovirology HTLV & Related Viruses
  • Place of Presentation: グランドアーク半蔵門
  • Year and Date: 2017-03-07 – 2017-03-10
• [Presentation] ヒトT細胞白血病ウイルスの発癌タンパクの発癌タンパク質TaxによるNF-κB活性化機構 (2017)
  • Author(s): 井上純一郎
  • Organizer: 金沢大学がん進展制御研究所共同利用・共同研究拠点シンポジウム
  • Place of Presentation: 金沢東急ホテル
  • Year and Date: 2017-02-14 – 2017-02-15
  • Invited
• [Presentation] TRAF6は乳腺上皮細胞の維持および乳腺上皮細胞の細胞死抑制によって妊娠期の乳腺発達を促進する (2017)
  • Author(s): 山本瑞生、井上純一郎
  • Organizer: 先端モデル動物支援プラットフォーム
  • Place of Presentation: 琵琶湖ホテル
  • Year and Date: 2017-02-06 – 2017-02-07
• [Presentation] 一細胞イメージングによる非古典的NF-κB活性化経路のダイナミクスと遺伝子発現制御 (2016)
  • Author(s): 関崇生、田口祐、井上純一郎
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] TRAF6は乳腺上皮細胞の維持および乳腺上皮細胞の細胞死抑制によって妊娠期の乳腺発達を促進する (2016)
  • Author(s): 山本瑞生、井上純一郎
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] Basal-like乳がんモデルマウスにおけるCRISPR/Cas9システムを利用したガン抑制遺伝子の探索 (2016)
  • Author(s): 坂根康太、山本瑞生、井上純一郎
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] ポリユビキチン鎖を介したHTLV-1 Tax誘導性のIKK複合体活性化機構の解析 (2016)
  • Author(s): 柴田佑里、井上純一郎
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] 亜鉛結合性低分子化号物によるTRAF6および下流シグナル経路に対する影響 (2016)
  • Author(s): 古賀涼子、Mohamed O, Radwa 江島智彦、金丸陽亮、柴田佑里、田口祐、井上純一郎、大塚雅巳、藤田美歌子
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] 破骨細胞分化の細胞融合におけるTRAF6依存性分子機構の解明 (2016)
  • Author(s): 弓桁洋、田口祐、井上純一郎
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] 受容体RANKのintemalizationとその破骨細胞分化における役割 (2016)
  • Author(s): 田口祐、平山榕子、井上純一郎
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] Optineurinの直鎖状ユビキチン鎖結合性と筋萎縮性側索硬化症 (2016)
  • Author(s): 徳永文稔
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
  • Invited
• [Presentation] コムギ無細胞ヒト20,000種プロテインアレイを基盤とした直鎖状ポリユビキチン鎖結合タンパク質の探索, (2016)
  • Author(s): 中島達朗, 高橋宏隆, 徳永文稔, 澤崎達也
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] コムギ無細胞系を基盤としたヒトの脱ユビキチン化酵素(DUB)プロテインアレイを用いたポリユビキチン基質特異性解析 (2016)
  • Author(s): 桑田翔平,岡田健吾, 高橋宏隆, 後藤栄治, 徳永文稔, 澤崎達也
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] コムギ無細胞タンパク質アレイ解析によって見出された、NEMO結合性新規DUBのNF-κB制御機構の解析 (2016)
  • Author(s): 高橋宏隆, 桑田翔平, 後藤栄治, 徳永文稔, 澤崎達也
  • Organizer: 第39回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [Presentation] 乳腺発達と乳がん悪性化における転写因子NF-κBの役割の相違 (2016)
  • Author(s): 山本瑞生、井上純一郎
  • Organizer: 第75回日本癌学会学術総会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2016-10-06 – 2016-10-08
• [Presentation] 乳がんを標的とした新規NF-kappaB阻害剤の探索 (2016)
  • Author(s): 真鍋英里香、上松篤史、城戸康希、竹田浩之、高橋宏隆、山本瑞生、井上純一郎、澤崎達也
  • Organizer: 第89回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター
  • Year and Date: 2016-09-25 – 2016-09-27
• [Presentation] 筋萎縮性側索硬化症(ALS)における直鎖状ユビキチン鎖の寄与 (2016)
  • Author(s): 徳永文稔
  • Organizer: 第89回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台国際センター
  • Year and Date: 2016-09-25 – 2016-09-27
  • Invited
• [Presentation] TRAF6は乳腺上皮細胞の維持および乳腺上皮細胞の細胞死抑制によって妊娠期の乳腺発達を促進する (2016)
  • Author(s): 山本瑞生、井上純一郎
  • Organizer: 先端モデル動物支援 若手技術講習会
  • Place of Presentation: 蓼科グランドホテル滝の湯
  • Year and Date: 2016-09-14 – 2016-09-17
• [Presentation] HTLV-1 Tax誘導性のIKK複合体活性化機構の解析 (2016)
  • Author(s): 井上純一郎、柴田佑里
  • Organizer: 第3回日本HTLV-1学会学術集会
  • Place of Presentation: 鹿児島県市町村自治会館
  • Year and Date: 2016-08-26 – 2016-08-28
• [Presentation] 直鎖状ユビキチン鎖による炎症・免疫シグナル制御とその破綻による疾患 (2016)
  • Author(s): 徳永文稔
  • Organizer: 第67回日本電気泳動学会総会
  • Place of Presentation: 釧路市観光国際交流センター
  • Year and Date: 2016-08-26 – 2016-08-27
  • Invited
• [Presentation] RANKL 刺激依存的な受容体RANKのinternalizationと、破骨細胞分化における役割 (2016)
  • Author(s): 田口祐
  • Organizer: 第34回日本骨代謝学会学術集会
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場
  • Year and Date: 2016-07-20 – 2016-07-23
• [Presentation] 破骨細胞分化における細胞融合とアクチンリング形成のTRAF6依存性分子機構の解明 (2016)
  • Author(s): 弓桁洋
  • Organizer: 第34回日本骨代謝学会学術集会
  • Place of Presentation: 大阪国際会議場
  • Year and Date: 2016-07-20 – 2016-07-23
• [Remarks] 東京大学医科学研究所 分子発癌分野ホームページ
  • URL: https://www.traf6.com/
• [Remarks] 数理シグナル 領域ホームぺージ
  • URL: http://math-signal.umin.jp/
• [Remarks] 大阪市立大学大学院医学研究科 分子病態学ホームページ
  • URL: http://osaka-cu-1seika.umin.jp/