2021 Fiscal Year Annual Research Report
Ubiquitin structural biology providing the molecular basis for chemo-technologies
| Project Area | New frontier for ubiquitin biology driven by chemo-technologies |
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| Project/Area Number |
18H05501
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
深井 周也 京都大学, 理学研究科, 教授 (10361792)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 構造生物学 / 分子間相互作用 / ユビキチン / シグナル伝達 / タンパク質工学 / ケミカルバイオロジー / キメラ化合物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ユビキチン修飾は、タンパク質分解のシグナルとしての役割にとどまらず、多様な細胞機能に必須な役割を担う。ユビキチン自身も修飾の対象であり、７ヶ所のリジン残基（K6、K11、K27、K29、K33、K48、K63）とN末端メチオニン（M1）のアミノ基を介して数珠つなぎになったユビキチン鎖として機能する例も多い。近年では、異なる鎖が混在する鎖（混合鎖）や、途中で分岐した鎖（分岐鎖）の存在に加えて、リン酸化などの翻訳後修飾がユビキチンに起こることも明らかになり、ユビキチン修飾系は想定を超えた複雑さを呈してきている。本研究では、特定のユビキチン鎖を選択的に認識するユビキチン結合ドメインや脱ユビキチン化酵素の立体構造解析により、新規の鎖タイプ選択的な認識機構を解明する。また、研究領域内で創出される機能性化合物の作用機構解明に必要な立体構造解析を行う。
プロテアソーム分解系でK48鎖を認識するNpl4は、Ufd1と共に、unfoldase活性を持つ六量体ATPase p97/Cdc48のコファクターとして機能する。ヒトNpl4とUfd1との相互作用の阻害は、プロテアソーム阻害と同様にがんを抑える可能性が考えられる。今年度は、公募研究の静岡大・鳴海博士との共同研究でヒトUfd1のヒトNpl4結合領域に由来する32種類の阻害ペプチド化合物を設計・合成して、Npl4への結合活性とp97-Ufd1-Npl4複合体のunfoldase活性阻害を解析した。また、昨年度に開始した、計画研究の東京医科歯科大・山野博士とのオートファジー関連のユビキチンシグナルの構造研究を引き続き進めた。炎症シグナル経路で機能するTAB2とK6鎖との複合体の構造解析の論文を発表した。
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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
ヒトUfd1のNpl4結合領域の各アミノ酸残基をアラニン残基に置換して、各残基の親和性への寄与を解析することによって、ヒトNpl4とヒトUfd1との相互作用様式の詳細を明らかにした。その情報に基づいてヒトUfd1のNpl4結合領域に由来する32種類の阻害ペプチド化合物を設計・合成し、ヒトNpl4との結合親和性を蛍光偏光法を利用して測定した。32種類のうち、10種類は、ヒトUfd1よりも高い親和性で結合した。最も強く結合したペプチド化合物では20倍程度、親和性が上昇した。この10種類のペプチド化合物について、公募研究の鳥取大・佐藤博士との共同研究でp97-Ufd1-Npl4複合体のunfoldase活性阻害能を測定した。予備的な測定では阻害活性を示すデータは得られなかったが、用いた標識化合物が測定系に不都合な点があったため、非標識の化合物を利用して再測定を行う予定である。また、20倍程度での親和性上昇では阻害能が不十分である可能性もある。
オートファジー関連のユビキチンシグナルの構造研究では、オートファジーアダプターと低分子量GTPase Rabとの複合体の結晶構造を決定して、相互作用機構を明らかにした。これまでに知られているRabとエフェクターとの相互作用様式に類似するものではあるが、明らかになった相互作用の構造情報を利用して、共同研究者の東京医科歯科大・山野博士が細胞生物学的な解析を進めている。オートファジーに関しては、特定の鎖タイプと結合するユビキチン結合モジュールを新たに見出しており、結晶化を試みている。全体としては、概ね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
ヒトp97-Ufd1-Npl4複合体のunfoldase活性を阻害するペプチド化合物については、引き続き改良を進める。また、非標識の化合物を利用してunfoldase活性の阻害能を測定する系を確立する。オートファジー関連のユビキチンシグナルに関わる分子群の機能解析が進んできたので、分子メカニズムを裏付ける構造解析を進めたい。特に、新たに特定の鎖タイプと結合するユビキチン結合モジュールを見出しているので、複合体のX線結晶構造解析によって立体構造に基づいた理解と裏付けを行う。また、これまでと同様に、領域内の共同研究で分子ツールやその開発につながる技術を利用して作製されたタンパク質の結晶構造解析の提案も受けているので、それらも積極的に推し進める。
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Research Products
(3 results)
