2014 Fiscal Year Annual Research Report
| Project Area | New aspect of the ubiquitin system : its enormous roles in protein regulation |
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| Project/Area Number |
24112003
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
駒田 雅之 東京工業大学, 生命理工学研究科, 教授 (10225568)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石戸 聡 昭和薬科大学, 薬学部, 教授 (10273781)
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| Project Period (FY) |
2012-06-28 – 2017-03-31
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| Keywords | ユビキチン / 脱ユビキチン化酵素 / エンドサイトーシス / 受容体ダウンレギュレーション / 腫瘍 / MHC class II / 樹状細胞 / 抗原提示 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
クッシング病をひき起こす脳下垂体腫瘍において、脱ユビキチン化酵素USP8の14-3-3タンパク質結合モチーフRSYSSPに体細胞ホットスポット変異を見出した。USP8変異体の機能解析を行った結果、変異体は14-3-3タンパク質結合能を喪失しており、その結果、14-3-3結合モチーフのN末端側で分子切断を受けやすくなっていた。切断により生じたC末端側の40-kDa領域（C40）はほぼ酵素活性ドメインのみからなり、全長型USP8に比べ高い酵素活性を獲得していた。C40は、上皮細胞増殖因子（EGF）刺激した細胞においてユビキチン化されたEGF受容体を過度に脱ユビキチン化することにより、活性化されたEGF受容体のリソソーム輸送/分解（ダウンレギュレーション）を阻害した。その結果、活性化EGF受容体が細胞膜上に残存して細胞増殖シグナルを持続的に発信することで、脳下垂体細胞の腫瘍形成を誘導することが明らかとなった。
また、免疫応答におけるMHC class II（MHC-II）のユビキチン化の消失意義を検討する目的で、MHC-IIが恒常的にユビキチン化されているマウスを作成した。このマウスではMHC-IIによる免疫応答が低下していた。さらに、このマウスの定常状態の末梢血中にB細胞数の低下を認めた。このB細胞数の低下はMHC-II欠損マウスでは顕著に見られなかった。これらの結果から、MHC-IIのユビキチン化消失が適正な免疫応答に必須であることが明らとなり、さらに定常状態における末梢でのB細胞数の維持にも重要であることが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究課題の採択時の交付申請書に、「ユビキチン化修飾による細胞膜タンパク質のダウンレギュレーション（リソソーム輸送・分解）の生理的、病理的な意義を解明する」と記載したが、昨年度までに、細胞膜タンパク質のリソソーム輸送を調節する脱ユビキチン化酵素USP8の遺伝子変異がクッシング病をひき起こすことを見出し、その変異によるクッシング病の発症機構を解明した。クッシング病にはこれまで有効な治療薬がないことから、本疾患は厚生労働省の特定疾患（いわゆる難病）に指定されており、治療薬の開発に向けてその発症メカニズムの解明が待ち望まれていた。
これは、本課題採択時には予想できなかった医学的に大きな波及効果をもたらす研究成果であることから、本研究科は期待以上に進捗していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
1. 脱ユビキチン化酵素USP8の変異によるクッシング病の発症機構
USP8の14-3-3結合モチーフの変異がクッシング病をひき起こす分子機構について、以下の解析を行う。まず、USP8の14-3-3結合モチーフ変異体は分子切断を受けて活性化することがわかっているため、そのプロテアーゼを同定する。また、USP8が切断により活性化される分子機構が不明であるため、全長型USP8と切断されて生じるC末端側の酵素活性ドメインC40のX線結晶構造解析を行い、それらの構造を比較することで活性化機構を解明する。最後に、USP8変異体がEGF受容体以外のタンパク質を脱ユビキチン化することでクッシング病をひき起こしている可能性を考え、USP8変異体の新規の基質タンパク質を探索する。
2. MHC-II分子のリソソーム輸送/分解の制御機構とその生理的意義
感染によってMHC class II（MHC-II）のユビキチン化が消失することにより感染防御に必要な免疫応答が惹起されるという仮説を検証するため、感染時にMHC-IIのユビキチン化消失が起きないマウス（MHC-II-ubi-KI）を用い、MHC-IIのユビキチン化消失の意義を検討する。MHC-II-ubi-KIマウスのモデル抗原（OVA等）に対する免疫応答、特にTh1/Th2のバランスをIgG産生量を指標に検討する。さらに、MHC-IIのエンドサイトーシスを誘導するユビキチン鎖に結合する興味ある分子を見出しており、この分子のMHC-IIユビキチン鎖形成、エンドサイトーシスへの関与を検討する。これらの知見をもとに、ユビキチン化依存的な膜タンパク質輸送による免疫制御機構とその生理的意義を解明する。
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Research Products
(17 results)
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[Journal Article] Mutations in the deubiquitinase gene USP8 cause Cushing’s disease2015
Author(s)
Reincke M, Sbiera S, Hayakawa A, Theodoropoulou M, Osswald A, Beuschlein F, Meitinger T, Mizuno-Yamasaki E, Kawaguchi K, Saeki Y, Tanaka K, Wieland T, Graf E, Saeger W, Ronchi CL, Allolio B, Buchfelder M, Strom TM, Fassnacht M & Komada M
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Journal Title
Nat. Genet.
Volume: 47
Pages: 31-38
DOI
Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
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