巨大分子集合体プロテアソ-ムの構造と細胞生物学的機能に関する研究

1991 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 03102006
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 市原 明 徳島大学, 酵素科学研究センター, 教授 (40035374)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 啓二 徳島大学, 酵素科学研究センター, 助手 (10108871) ; 吉村 哲郎 徳島大学, 酵素科学研究センター, 助教授 (30035472)
• Keywords: プロテアソ-ム / ユビキチン / 蛋白質超分子複合体 / 多機能プロテア-ゼ複合体 / 細胞内蛋白質分解機構 / エネルギ-依存性分子識別 / 抗原プロセシング・提示 / 細胞増殖・分化

Research Abstract

(1)cDNAクロ-ニングによる構造解析研究:本年度に新たに5種のプロテアソ-ム成分の一次構造を決定し、従来の成果と合わせた考察からプロテアソ-ムが進化的に保存された新しい遺伝子ファミリ-を形成していると言うプロテアソ-ムの分子進化に関する新概念を提唱した。
(2)遺伝子クロ-ニングと転写調節研究:ヒトプロテアソ-ムのHC3遺伝子の全構造を決定すると共に、5'ー上流領域の発現制御部位の解析から、転写を負に調節する部位を同定した。また、プロテアソ-ムを構成する多遺伝子群の協調発現機構を解明する為、HC2,HC5,HC8の遺伝子をクロ-ニングし、現在その全塩基配列を決定中である。
(3)プロテアソ-ム依存性の蛋白分解機構とユビキチンによる分子識別機構の解析:20Sプロテアソ-ムは複数の制御蛋白質群とエネルギ-依存的に会合して分子量200万・26Sの巨大な分子集合体を形成し、この蛋白質超分子複合体はユビキチンによって標識された不安定な細胞内蛋白質をATPの代謝エネルギ-を利用して分解する。本研究ではヒト及びラットの各組織からこの26S型プロテアソ-ムを大量に純化精製すると共に電子顕微鏡による解析から本酵素がダンベル型の分子形状をもつ巨大粒子であることを示唆した。またこの巨大複合体のサブユニット構造を明らかにすると共に現在、その主要成分のcDNAを単離中である。
(4)プロテアソ-ムと細胞増殖:我々は酵母プロテアソ-ムの遺伝子破壊が致死性を誘発することからプロテアソ-ムが細胞増殖に必須であることを証明すると共にヒトの各種癌細胞においてもプロテアソ-ムの異常発現を観察し、本酵素が高等生物の発生・成長及び癌化に密接に関係していることを示唆した。
(5)プロテアソ-ムと抗原プロセシング・提示:最近ヒトクラスII MHC遺伝子領域に二種のプロテアソ-ムのサブユニット遺伝子が存在することから、プロテアソ-ムの内在性抗原のプロセシングへの関与が示唆された。我々はプロテアソ-ムの全遺伝子群がインタ-フェロンーγによって強く誘導されることを発見したので、現在この酵素複合体が免疫応答遺伝子として作用する可能性について転写制御と細胞機能の両面から検討中である。

Research Products

• [Publications] Tamura,T.: "Molecular cloning and sequence analysis of cDNAs for five major subunits of human proteasomes (multicatalytic proteinase complexes)" Biochim.Biophys.Acta. 1089. 95-102 (1991)
• [Publications] Orino,E.: "ATP-dependent reversible association of proteasomes with multiple protein factors to form 26S complexes that degrade ubiquitinated proteins in human HL-60 cells" FEBS Lett.284. 206-210 (1991)
• [Publications] Tamura,T.: "Preparation of ubiquitin-ligated proteins as substrates of ATP-dependent proteolysis" FEBS Lett.292. 154-158 (1991)
• [Publications] Ikai,A.: "Electron micrographs of 26S complex containing 20S proteasome" FEBS Lett.292. 21-24 (1991)
• [Publications] Lee,D.H.: "Molecular cloning of the yeast proteasome PRS2 gene identical to the suppressor gene scl1^+" Biochem.Inter.23. 689-696 (1991)
• [Publications] Fujii,G.: "Deduced primary structure of a Xenopus peroteasome subunit XC3 and expression of its mRNA during early development" Biochem.Biophys.Res.Commun.178. 1233-1239 (1991)
• [Publications] Ahn,J.Y.: "Developmental regulation of proteolytic activities and subunit pattern 38 20S proteasome in chick embryonic muscle" J.Biol.Chem.266. 15746-15749 (1991)
• [Publications] Kanayama,H.: "Changes in expressions of proteasomes and ubiquitin genes in human renal cancer cells" Cancer Res.51. 6677-6685 (1991)
• [Publications] Tanaka,K.: "Proteasomes:protein and gene structures" The New Biologist. 4. 1-14 (1992)
• [Publications] Lee,D.H.: "PRS3 encoding an essential subunit of yeast proteasomes homologues to mammalian proteasome subunit C5" Biochem.Biophys.Res.Commun.(1992)
• [Publications] Kanayama,H.: "Demonstration that a human 26S proteolytic complex consists of a proteasome and multiple associated protein components and hydrolyzes ATP and ubiquitin-ligated proteins by a closely linked mechanism" Eur.J.Biochem.(1992)
• [Publications] Aki,M.: "Rat Proteasome Subunit RC1 Gene Encoding a Homologue of RING10 Located on the Human MHC Class ll Region" FEBS Lett.(1992)
• [Publications] Shimbara,N.: "Up-and Down-Regulations of Gene Expression of Proteasomes (Multi-Protease Complexes)during Growth and Differentiation of Human Hematopoietic Cells.Submitted for publication" Mol.Cell.Biol.(1992)
• [Publications] Ugai,S.: "Subunit Structure and Enzymatic Function of an ATP/Ubiquitin-Dependent Multi-Component Proteolytic Complex from Rat Liver:Comparison of 20S Proteasome and Its Assembled Form to 26S Complex" J.Biol.Chem.(1992)
• [Publications] Tanaka,K.: "Molecular Cloning and Characterization of the Subunit HC3 Gene and Its Pseudogene of Human Proteasomes" J.Biol.Chem.(1992)
• [Publications] Tanaka,K.: "Molecular Evolution of Eukaryotic Proteasomes (Multi-Protease Complexes)" Proc.Natl.Acad.Sci.USA. (1992)
• [Publications] Tamura,T.: "Further Studies on cDNA Cloning of Rat Proteasomes:Primary Structures of Four Additional Subunits" Biochim.Biophys.Acta. (1992)
• [Publications] 田中 啓二: "真核生物の新しいATP依存性プロテア-ゼ複合体:プロテアソ-ムと制御蛋白質の分子集合によるユビキチン化蛋白質の分解" 蛋白質 核酸 酵素. 36. 2494-2505 (1991)
• [Publications] 田中 啓二: "ユビキチン依存性タンパク分解とプロテアソ-ム" Cell Science. 7. 951-958 (1991)
• [Publications] 高井 茂治: "肝癌とプロテアソ-ムの発現" 代謝. 28. 637-643 (1991)
• [Publications] 田中 啓二: "プロテアソ-ムの発現:細胞増殖、分化への関与" ビオメディカ. (1992)
• [Publications] 田村 具博: "プロテアソ-ム:蛋白質構造と遺伝子構造" 応用酵素. (1992)
• [Publications] 田中 啓二: "新生化学実験講座Iタンパク質:V酵素その他の機能タンパン質「ATP依存性プロテア-ゼ」" 東京化学同人, (1992)
• [Publications] 田中 啓二: "生物化学実験法:蛋白質分解酵素「高分子量多機能プロテア-ゼ(プロテアソ-ム)」" 学会出版センタ-, (1992)