Spatiotemporal regulation of Inflammation and immune signals by ubiquitination and its mathematical simulation

2020 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, 特任研究員 (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) ; 山本 瑞生 東京大学, 医科学研究所, 特任講師 (90750365)
• Project Period (FY): 2016-06-30 – 2021-03-31
• Keywords: シグナル伝達 / 数理シグナル / 炎症 / 免疫

Outline of Annual Research Achievements

井上はNF-κBの古典的経路を活性化するE3酵素であるTRAF6を中心にその制御因子の解析を進めるとともに鈴木と連携して古典的経路でのRelAの振動の制御機構を数理シミュレーションの立場からリン酸化に焦点を絞り解析した。その結果、リン酸化を考慮したモデルでは安定な周期軌道が遷移的に出現し，それによってNF-κBの振動が引き起こされることが確認された。即ちリン酸化が正常に行われない場合に周期や振幅に破綻が生じる可能性があり、これらの成果は NF-κB活性化制御機構に独創的な知見を与える。また、RelBノックインマウスから樹立した細胞も用いてNF-kBの非古典的経路における振動を世界に先駆けて発見した。この振動にはp100とこれまで古典的経路で機能すると考えられていたIkBaが必須であり転写制御における機能に興味が持たれる。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)を生成するLUBACユビキチンリガーゼを発見し、LUBACがNF-κBシグナルを活性化することを突き止めている。本研究では、鈴木班とともにT細胞受容体刺激に伴うNF-κB活性化におけるLUBACの寄与について分子細胞生物学的解析と数理科学との融合研究を推進し、LUBACがNEMOに加えてCBM複合体に順次M1Ub鎖を付加することで迅速なIκBキナーゼ活性化を導くことを示した。また、独創的に作製したLUBAC阻害剤(HOIPINs)を用いて詳細な炎症・免疫シグナル伝達や侵入細菌選択的オートファジーへの影響を明らかにするとともに、B細胞リンパ腫や乾癬に対する創薬シーズになることを報告した。さらに、澤崎班と協働してヒトの全脱ユビキチン化酵素に対する網羅的探索系を構築した。山本は、妊娠期の乳腺上皮細胞の増殖分化にTRAF6による古典的経路の活性化が必須であることを示した。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Discovery of new fusion inhibitor peptides against SARS-CoV-2 by targeting the Spike S2 subunit. (2021)
  • Author(s): Kandeel, M., Yamamoto, M., Tani, H., Kobayashi, A., Gohda, J., Kawaguchi, Y., Park, B. K., Kwon, H.-J., Inoue, J. and Alkattan, A.
  • Journal Title: Biomol. Ther. Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.4062/biomolther.2020.201.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] TNF receptor-associated factor 6 (TRAF6) plays crucial roles in multiple biological systems through polyubiquitination-mediated NF-κB activation. (2021)
  • Author(s): Yamamoto, M., Gohda, J., Akiyama, T. and Inoue, J.
  • Journal Title: Proc. Jpn. Acad., Ser. B Volume: 97 Pages: 145-160
  • DOI: 10.2183/pjab.97.009
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mint3 depletion-mediated glycolytic and oxidative alterations promote pyroptosis and prevent the spread of Listeria monocytogenes infection in macrophages. (2021)
  • Author(s): Uematsu, T., Tsuchiya, K., Kobayashi, N., Seiki, M., Inoue, J., Kaneko, K. and Sakamoto、T.
  • Journal Title: Cell Death Dis. Volume: In press Pages: In press
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Th2 cell-derived histamine is involved in nasal Th2 infiltration in mice (2021)
  • Author(s): Iwasaki N, Terawaki S, Shimizu K, Oikawa D, Sakamoto H, Sunami K, Tokunaga F.
  • Journal Title: Inflammation Research Volume: In press Pages: In press
  • DOI: 10.1007/s00011-021-01458-x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The synchronized gene expression of retrotransposons and type I interferon in dermatomyositis. (2021)
  • Author(s): Kuriyama Y, Shimizu A, Kanai S, Oikawa D, Tokunaga F, Tsukagoshi H, Ishikawa O.
  • Journal Title: Journal of American Academy of Dermatology Volume: 84 Pages: 1103-1105
  • DOI: 10.1016/j.jaad.2020.05.051
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Crosstalk Between NDP52 and LUBAC in Innate Immune Responses, Cell Death, and Xenophagy. (2021)
  • Author(s): Miyashita H, Oikawa D, Terawaki S, Kabata D, Shintani A, Tokunaga F.
  • Journal Title: Frontiers in Immunology Volume: 12 Pages: 635475
  • DOI: 10.3389/fimmu.2021.635475
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Th2 cells and macrophages cooperatively induce allergic inflammation through histamine signaling. (2021)
  • Author(s): Iwasaki N, Terawaki S, Shimizu K, Oikawa D, Sakamoto H, Sunami K, Tokunaga F
  • Journal Title: PLoS One Volume: 16 Pages: e0248158
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0248158
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] 6His-tagged Recombinant Human Cytoglobin Deactivates Hepatic Stellate Cells and Inhibits Liver Fibrosis by Scavenging Reactive Oxygen Species. (2021)
  • Author(s): Dat NQ, Thuy LTT, Hieu VN, Hai H, Hoang DV, Thi Thanh Hai N, Thuy TTV, Komiya T, Rombouts K, Dong MP, Hanh NV, Hoang TH, Sato-Matsubara M, Daikoku A, Kadono C, Oikawa D, Yoshizato K, Tokunaga F, Pinzani M, Kawada N.
  • Journal Title: Hepatology Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1002/hep.31752
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] MIND bomb 2 prevents RIPK1 kinase activity-dependent and -independent apoptosis through ubiquitylation of cFLIPL. (2021)
  • Author(s): Nakabayashi O, Takahashi H, Moriwaki K, Komazawa-Sakon S, Ohtake F, Murai S, Tsuchiya Y, Koyahara Y, Saeki Y, Yoshida Y, Yamazaki S, Tokunaga F, Sawasaki T, Nakano H
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 4 Pages: 80
  • DOI: 10.1038/s42003-020-01603-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] D.T. TIFAB regulates USP15-mediated p53 signaling during stressed and malignant hematopoiesis. (2020)
  • Author(s): Niederkorn, M., Hueneman, K, Choi, K, Varney, M.E., Romano, L., Pujato, M.A., Greis, K.D., Inoue, J., Meetei, R. and Starczynowski.
  • Journal Title: Cell Rep Volume: 30 Pages: 2776-2790.e6
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.01.093
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] EXOSC9 depletion attenuates P-body formation, stress resistance, and tumorigenicity of cancer cells. (2020)
  • Author(s): Yoshino, S., Matsui, Y., Fukui, Y., Seki, M., Yamaguchi, K., Kanamori, A., Saitoh, Y., Shimamura, T., Suzuki, Y., Furukawa, Y., Kaneko, S., Seiki, M., Murakami, Y., Inoue, J. and Sakamoto, T.
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 10 Pages: 9275
  • DOI: 10.1038/s41598-020-66455-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The anticoagulant nafamostat potently inhibits SARS-CoV-2 S protein-mediated fusion in a cell fusion assay system and viral infection in vitro in a cell-type-dependent manner. (2020)
  • Author(s): Yamamoto, M., Kiso, M., Sakai-Tagawa, Y., Iwatsuki-Horimoto, K., Imai, M., Takeda, M., Kinoshita, N., Ohmagari, N., Gohda, J., Semba, K., Matsuda, Z., Kawaguchi, Y., Kawaoka Y. and Inoue J.
  • Journal Title: Viruses Volume: 12 Pages: 629
  • DOI: 10.3390/v12060629.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nafamostat mesylate treatment in combination with favipiravir for patients critically ill with Covid-19: a case series. (2020)
  • Author(s): Doi, K,Ikeda,M.Hayase,N,Moriya,K.Maehara,H.Tagami,S.Fukushima,K.Misawa,N.Inoue,Y.Nakamura,H.Takai,D.Kurimoto,M.Tokunaga,K.Yamamoto,M.Hirayama,I.Horie,R.Endo,Y.Hiwatashi,K.Shikama,M.Jubishi,D.Kanno,Y.Okamoto,K.Harada,S.Okugawa,S.Miyazono,K.Seto,Y.Inoue,J.and Morimura,N.
  • Journal Title: Crit. Care Volume: 24 Pages: 392
  • DOI: 10.1186/s13054-020-03078-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mint3 depletion restricts tumor malignancy of pancreatic cancer cells by decreasing SKP2 expression via HIF-1. (2020)
  • Author(s): Kanamori, A., Matsubara, D., Saitoh, Y. Fukui, Y., Gotoh, N., Kaneko, S., Seiki, M., Murakami, Y., Inoue, J. and Sakamoto, T.
  • Journal Title: Oncogene Volume: 39 Pages: 6218-6230
  • DOI: 10.1038/s41388-020-01423-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The antimalarial compound atovaquone inhibits Zika and dengue virus infection by blocking E protein-mediated membrane fusion. (2020)
  • Author(s): Yamamoto, M., Ichinohe, T., Watanabe, A., Kobayashi, A., Zhang, R., Song, J., Kawaguchi, Y., Matsuda, Z. and Inoue, J.
  • Journal Title: Viruses Volume: 12 Pages: 1475
  • DOI: 10.3390/v1212475.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cellular and Mathematical Analyses of LUBAC Involvement in T Cell Receptor-Mediated NF-κB Activation Pathway (2020)
  • Author(s): Oikawa D, Hatanaka N, Suzuki T, Tokunaga F.
  • Journal Title: Frontiers in Immunology Volume: 11 Pages: 601926
  • DOI: 10.3389/fimmu.2020.601926
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Human DUB Protein Array for Clarification of Linkage Specificity of Polyubiquitin Chain and Application to Evaluation of Its Inhibitors. (2020)
  • Author(s): Takahashi H, Yamanaka S, Kuwada S, Higaki K, Kido K, Sato Y, Fukai S, Tokunaga F, and Sawasaki T
  • Journal Title: Biomedicine Volume: 8 Pages: 152
  • DOI: 10.3390/biomedicines8060152
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Linear ubiquitin code: Its writer, erasers, decoders, inhibitors, and implications in disorders. (2020)
  • Author(s): Oikawa D, Sato Y, Ito H, and Tokunaga F.
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 21 Pages: 3381
  • DOI: 10.3390/ijms21093381
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Molecular bases for HOIPINs-mediated inhibition of LUBAC and innate immune responses (2020)
  • Author(s): Oikawa D, Sato Y, Ohtake F, Komakura K, Hanada K, Sugawara K, Terawaki S, Mizukami Y, Phuong HT, Iio K, Obika S, Fukushi M, Irie T, Tsuruta D, Sakamoto S, Tanaka K, Saeki Y, Fukai S, Tokunaga F.
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 3 Pages: 16
  • DOI: 10.1038/s42003-020-0882-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 選択的骨送達能を持つ破骨細胞分化制御ペプチドの開発 (2021)
  • Author(s): 安西聖敬、高橋美帆、西川恵三、井上純一郎、西川喜代孝
  • Organizer: 日本薬学会 第141回年会
• [Presentation] CRISPR/Cas9システムを用いたトリプルネガティブ乳癌におけるEMT/MET可塑性制御機構の解析 (2020)
  • Author(s): 山本瑞生、山口貴世志、古川洋一、井上純一郎
  • Organizer: 第79回日本癌学会学術総会
• [Presentation] Intratumoral bidirectional transitions between epithelial & mesenvhymal cells in triple-negative breast cancer (2020)
  • Author(s): Jun-ichiro Inoue. Mizuki Yamamoto
  • Organizer: Establishing International Research Network of Mathematical Oncology
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ヒトがん細胞におけるEGF刺激依存的ユビキチン化修飾ダイナミクスの高解像度プロテオーム解析 (2020)
  • Author(s): 秦裕子、廣木朋子、北村亜矢、相澤愛子、宮村尚明、津本浩平、井上純一郎、尾山大明
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] The Anticoagulant Nafamostat Potently Inhibits SARS-CoV-2 S Protein-Mediated Fusion in a Cell Fusion Assy System and Viral Infection in vitro in a Cell-Type-Dependent Manner (2020)
  • Author(s): Mizuki Yamamoto, Jun-ichiro Inoue, Yasushi Kawaguchi and Jin Gohda
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Presentation] 大阪市立大学医学部1年生に対する臨床遺伝教育の試み (2020)
  • Author(s): 馬場遥香, 浄弘裕紀子, 堀田純子, 徳永文稔, 瀬戸俊之
  • Organizer: 第44回日本遺伝カウンセリング学会学術集会
• [Presentation] NDP52のユビキチン結合性を介した炎症応答・細胞死制御とLUBAC阻害剤の影響 (2020)
  • Author(s): 宮下裕久, 及川大輔, 寺脇正剛, 徳永文稔
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会
• [Presentation] 非定型型直鎖状ユビキチン鎖を足場とするNF-κB活性化の細胞機能と数理モデル (2020)
  • Author(s): 徳永文稔, 及川大輔, 畑中尚也, 鈴木貴
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] ヒトDUBアレイ技術を用いたUSP特異的阻害剤の開発 (2020)
  • Author(s): 高橋宏隆, 山中聡士, 桑田翔平, 檜垣佳奈, 佐藤裕介, 深井周也, 徳永文稔, 澤崎達也
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会
• [Presentation] HOIPINsによるLUBAC活性抑制と自然免疫応答制御の分子基盤 (2020)
  • Author(s): 及川大輔, 徳永文稔
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] cFLIPのユビキチン化による新たなアポトーシス抑制機構の解析 (2020)
  • Author(s): 中林修, 高橋宏隆, 村井晋, 大竹史明, 駒澤幸子, 土屋勇一, 佐伯泰, 吉田雪子, 山崎創, 徳永文稔, 森脇健太, 澤崎達也, 中野裕康
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会
• [Presentation] Mathematical Model of Linear Ubiquitination-mediated NF-κB Activation Pathway (2020)
  • Author(s): Tokunaga F, Oikawa D, Hatanaka N, Suzuki T
  • Organizer: JSPS Core-to-Core Program “Establishing International Research Network of Mathematical Oncology”
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] コムギ無細胞系を用いた直鎖状ユビキチン鎖の新規デコーダー分子の網羅的探索と機能解析 (2020)
  • Author(s): 高橋宏隆, 長尾和哉, 岩崎誠, 佐藤裕介, 及川大輔, 徳永文稔, 澤崎達也
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] 非定型型直鎖状ユビキチン鎖を足場とした炎症シグナル発信とプロテイノパチー (2020)
  • Author(s): 徳永文稔, 伊東秀文, 及川大輔
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Remarks] 大坂市立大学大学院医学研究科分子病態学
  • URL: http://osaka-cu-1seika.umin.jp