ユビキチンとプロテアソームによる蛋白質分解研究

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13002008
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Organization for Medical Research
• Principal Investigator: 田中 啓二 財団法人東京都医学研究機構, 東京都臨床医学総合研究所, 参事研究員 (10108871)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 八代田 英樹 財団法人東京都医学研究機構, 東京都臨床医学総合研究所, 研究員 (20311425)
• Keywords: 酵素 / シグナル伝達 / ストレス / 蛋白質 / 脳神経疾患

Research Abstract

我々はユビキチン・プロテアソームシステムの包括的研究を進めており、本年度における研究成果の概要を記す。(1)高等動物における20SプロテアソームのX線結晶構造解析により、立体構造を解明した。この結果から、免疫プロテアソームの機能変換機構が解明できた。(2)内在性抗原のプロセシング提示経路にプロテアソーム活性化因子PA28と分子シャペロンであるHsp90が代償的に作用していることを突き止めた。(3)糖蛋白質のN-型糖鎖を識別してユビキチン化するユビキチン連結酵素SCF^<Fbx2>を世界で最初に発見し、この酵素がERAD(小胞体関連分解)経路を介した蛋白質の品質管理に関係していることを証明した。またごく最近、Fbx2(基質識別サブユニット)とN-GlycanのX線結晶構造解析に成功し、N-Glycanが分解シグナルとして作用する機構について分子レベルでの解明に成功した。(4)パーキン(常染色体劣性若年性パーキンソン病の原因遺伝子産物)のN末端に存在するユビキチンと相同性の高いUBLドメインの立体構造をNMRで解明すると共に、パーキンがこのドメインを介して26Sプロテアソーム(真核生物のATP依存性プロテアーゼ)のRpn10サブユニットに会合することを突き止めた。さらにAR-JP患者において変異のあるArg42は、この相互作用の中心領域に位置することから、プロテアソームとパーキンとの相互作用の喪失、即ちパーキンによってユビキチン化される基質蛋白質の分解異常によってAR-JPが発症することが示唆された。(6)プロテアソームの細胞内レベルを人為的に制御できるDT40細胞株の樹立に成功した。PET-offシステムの発現プラスミッドを持たせて、染色体のZサブユニットを相同組み換え法で破壊した。その結果、プロテアソームの発現レベルを低下させると細胞周期がG2/M期で停止すると共にアポトーシスが誘導され、さらに分子シャペロンHsp70-40系の高い誘導が観察された。

Research Products

• [Publications] Hendil, K.B., Hartmann-Petersen, R., Tanaka, K.: "26S proteasomes function as stable entities"J.Mol.Biol.. 315. 627-636 (2002)
• [Publications] Unno, M, Mizushima, T., Morimoto, Y., Tomisugi, Y., Tanaka, K., Yasuoka, N., Tsukihara, T.: "The structure of the mammalian 20S proteasome at 2.75 Å resolution"Structure. 10. 609-618 (2002)
• [Publications] Yamano, T., Murata, S., Shimbara, N., Tanaka, N., Chiba, T., Tanaka, K., Yui, K., Udono, H.: "Two distinct pathways mediated by PA28 and hsp90 in MHC class I antigen processing"J.Exp.Med.. 196. 185-196 (2002)
• [Publications] Yoshida, Y., Chiba, T., Tokunaga, T., Kawasaki, H., Iwai, K., Suzuki, T, Ito, Y., Matsuoka, K., Yoshida, M., Tanaka, K., Tai T.: "E3 ubiquitin-ligase that recognizes sugar chains"Nature. 418. 438-442 (2002)
• [Publications] Sakata, E., Yamaguchi, Y., Kurimoto, E., Kikuchi, J., Yokoyama, S., Yamada, S., Kawahara, H., Yokosawa, H., Hattori, N., Mizuno, Y., Tanaka, K., Kato, K.: "Parkin binds the Rpn10 subunit of 26S proteasomes with the ubiquitin-like domain"EMBO Rep.. (in press). (2003)
• [Publications] Tanahashi-Hori, T., Tanahashi, N., Tanaka, K., Chiba, T.: "Conditional knockdown of proteasomes results in cell-cycle arrest and enhanced expression of molecular chaperones Hsp70 and Hsp40 in chicken DT40 cells"J.Biol.Chem.. (in press). (2003)
• [Publications] Tanaka, K., Tanahashi, N.: "Preparation of proteasomes. "Cell Biology : A Laboratory Handbook" (3rd edtion)(Ed. by J.E.Celis)"Academic Press, New York.(in press). (2003)