2019 Fiscal Year Annual Research Report
Spatiotemporal regulation of Inflammation and immune signals by ubiquitination and its mathematical simulation
| Project Area | Integrative understanding of biological signaling networks based on mathematical science |
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| Project/Area Number |
16H06575
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
井上 純一郎 東京大学, 医科学研究所, 教授 (70176428)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2016-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | シグナル伝達 / 数理シグナル / 炎症 / 免疫 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
井上はK63型ユビキチン鎖を刺激依存的に合成して転写因子NF-κBの古典的経路を活性化するE3酵素でTRAF6を発見しその作用機構を研究してきた。蛍光イメージング技術の進歩によって、多く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が、この古典的経路でNF-κBファミリー の一つであるRelAが振動することで継続的に転写活性を維持している。井上はTRAF6を中心にその制御因子の解析を進めながら鈴木と連携してRelA振動の制御機構の数理シミュレーションの立場からの解明を目指している。さらに非古典的経路でのRelBの振動も見出しているがその分子機構に関与するタンパク質Xを同定しXの核外搬出シグナル(NES)が重要な役割を果たすことも明らかにした。徳永はユビキチンのN末端を介する直鎖状ユビキチン鎖（M1Ub鎖）を特異的に生成するLUBACユビキチンリガーゼ複合体を発見し、LUBACがNF-κBシグナル活性化や細胞死抑制に寄与することを明らかにした。本領域では、井上班とともにK63UbとM1Ubの混成鎖生成によるNF-κBシグナル制御を見出すとともに、新規LUBAC阻害剤を同定・開発するなど直鎖状ユビキチン生成が司る細胞機能制御の全体像解明を進めている。また、筋萎縮性側索硬化症に特徴的なユビキチン陽性封入体にM1Ub鎖が共局在することを見出していた。今年度、孤発性ALSやアルツハイマー病において、微細な線維状凝集体はK48Ub鎖のみだが、経時的に太い凝集体を形成するとM1UbやK63Ub鎖も付加されることを突き止めた。これらの知見から、多様なUb鎖生成が神経炎症、プロテアソーム分解、選択的オートファジー、凝集性タンパク質の物性変化、細胞死などを介して神経変性疾患発症に関わる可能性があり、LUBACを標的とした創薬の可能性を示した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
RANKLの受容体RANKの下流では古典的・非古典的NF-κBの活性化が誘導される。しかし、妊娠期の乳腺発達においてRANKシグナル伝達の詳細な役割分担は不明であった。最近井上はRANKの細胞内アダプター分子であるTRAF6欠損マウスにおいて、非妊娠期の乳腺幹細胞の減少、及び妊娠期の乳腺発達不全を見出した。これまでRANKシグナルにおいてNF-κBの重要な標的遺伝子とされてきたCyclinD1はTRAF6欠損乳腺でも正常に誘導されていたにもかかわらず、増殖期の細胞が有意に減少していた。また、TRAF6欠損により抗アポトーシス因子の発現が顕著に減少し、小胞体ストレスによる細胞死が有意に増加することも分かった。一方で分化マーカーは正常に誘導されることからTRAF6は細胞増殖の誘導と細胞死の抑制を担い妊娠期の乳腺発達を促進することが明らかとなった。更にTRAF6を介する古典的NF-κB経路が抗アポトーシス因子の発現を、AKT活性化が細胞増殖を、それぞれ独立に誘導することを解明した。今年度の研究で徳永は、直鎖状ユビキチン鎖を生成するLUBACユビキチンリガーゼに対する特異的阻害剤(HOIPIN-8)の細胞・分子機序と活性化B細胞様びまん性大細胞型B細胞リンパ腫(ABC-DLBCL)や乾癬モデルマウスに対する治療効果を見出した。また澤崎とともにNF-κB抑制性脱ユビキチン化酵素（CYLD）制御に関わるユビキチンリガーゼや化合物の解析を行った。2019年11月に、第14回日本臨床ストレス応答学会の大会長として本領域関連のシンポジウムを企画し、武川、井上、道上、澤崎らが講演した。さらに日本生化学会の学会誌「生化学」に「非定型型ユビキチン鎖の生理機能」と題した特集を企画し、本領域班員を含む10編を刊行した。これに加えて、鈴木と連携した数理シミュレーションや、小迫との質量分析を進行している。
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| Strategy for Future Research Activity |
井上は、１）非標準的経路におけるNF-κBの核内濃度振動のメカニズム解明とその数理に関してはほぼ完了したが、シミュレーションで想定される制御因子が未同定であることからbioinformatics的手法により探索する。２）今年度から分担研究者になる山本は、NF-κBが悪性化を担うBasal型乳癌において上皮間葉転換に関わる新たな因子を複数同定した。Single cell sequencingにより上皮間葉転換の遷移段階の細胞群を同定し、前年までに明らかにした上皮間葉転換制御因子がどの遷移段階に関与するのかを明らかにする。３）解析した上皮間葉転換制御因子間のネットワークを明らかにして上皮間葉転換の制御機構を数理シミュレーションと細胞生物学的方法により解明する。徳永は、４）鈴木班とともに進めているT細胞受容体を介したNF-κB経路の数理解析を完成させ、体細胞とリンパ球におけるNF-κBシグナルの差異について論文成果として発表する。５）澤崎班と連携解析している脱ユビキチン化酵素のプロテイアレイ解析や直鎖状ユビキチン結合タンパク質の細胞機能解析を完成させる。６）井上班と連携して、神経変性疾患におけるK63Ub鎖とM1Ub鎖の混合鎖生成を解析し、神経炎症やオートファジーなどなど細胞機能制御への関与を解析する。７）小迫班とともに解析を進めている脱ユビキチン化酵素やユビキチンリガーゼの欠損に伴うタンパク質変動について共同研究成果をまとめる。
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Research Products
(41 results)
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[Presentation] Critical roles of FRS2beta for creating the cytokine-rich precancerous microenvironment for mammary tumorigenesis2019
Author(s)
Tatsunori Nishimura, Natsuoko Kimura, Takahiko Murayama, Yukino Machida, Daisuke Iejima, Reiko Sakamoto, Mizuki Yamamoto, Naoki Itano, Yusuke Inoue, Masataka Ito, Nobuyuki Yoshida, Junichiro Inoue, Kouichi Akashi, Hideyuki Saya, Koji Fujita, Masahiko Kuroda, Issay Kitabayashi, Arinobu Tojo, Noriko Gotoh
Organizer
第42回日本分子生物学会年会
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[Presentation] Screening and characterization of novel LUBAC inhibitors, HOIPINs2019
Author(s)
Oikawa, D., Katsuya, K., Hanada, K., Sugawara, K., Tsuruta, D., Sakamoto, S., Tokunaga, F.
Organizer
Cold Spring Harbor Laboratory Meeting on Ubiquitin, Autophagy & Disease
Int'l Joint Research
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