ユビキチンとプロテアソームによる蛋白質分解研究

2003 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

本年、ユビキチン・プロテアソームシステムの機構解明と病態生理に関する包括的研究を進め、以下の結果を得た。(1)巨大な多成分複合体であるプロテアソームの分子集合機構解明は、プロテアソーム研究に残された最重要課題の一つである。ATP依存性の活性型酵素である26Sプロテアソームは、触媒ユニットである20Sプロテアソームと調節ユニットから構成されている。今回、20Sプロテアソームの新奇アセンブリ因子α,β,γ複合体を発見すると共に26Sプロテアソームのエネルギー依存的会合に分子シャペロンであるHsp90が関与していることをはじめて突き止めた。(2)病態生理に関する研究では、主に蛋白質の品質管理に関するユビキチンリガーゼCHIP, Parkin, SCF(Fbs)について分子レベル・遺伝学レベルでの解析を進めた。シャペロン依存性リガーゼCHIPのノックアウト(KO)マウスを作製したところ、CHIP欠損マウスが失調性歩行異常を呈することを見出した。常染色体劣性パーキンソン症候群(AR-JP)の原因遺伝子産物であるParkinが26Sプロテアソームと会合することを突き止めた。さらにParkinのKOマウスの作製に成功すると共に、Parkinの活性を正負に調節する分子(14-3-3やαシヌクレイン)の同定にも成功した。2002年、我々はERAD(小胞体関連分解)に関与するユビキチンリガーゼとしてニューロン特異的なSCF^<Fbs1>を発見したが、本年、Fbs1とキトビオース(蛋白質のAspに結合する糖)との立体構造解析に成功し、原子レベルでの相互作用の解明に成功した。さらにユビキタスに発現しているSCF^<Fbs1>のファミリー酵素としてSCF^<Fbs2>も見出した。これらの成果は、様々な神経変性疾患の発症機構解明に根源的なヒントを与えることができるものであり、大きな波及効果が期待できる。

Research Products

• [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.. 4. 301-306 (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.. 278. 16237-16243 (2003)
• [Publications] Imai, J., Maruya, M., Yashiroda, H., Yahara, I., Tanaka, K.: "The molecular chaperone Hsp90 interacts with 26S proteasomes and regulates their assembly."EMBO J.. 22. 3557-3567 (2003)
• [Publications] Yoshida, Y., Tokunaga, F., Chiba, T., Iwai, K., Tanaka, K., Tai, T.: "Fbs2 is a new member of the E3 ubiquitin ligase family that recognizes sugar chains."J.Biol.Chem.. 278. 43877-43884 (2003)
• [Publications] Mizushima, T., Hirao, T., Yoshida, Y., Lee, S.J., Chiba, T., Iwai, K., Yamaguchi, Y., Kato, K., Tsukihara, T., Tanaka, K.: "Structural basis of sugar-recognizing ubiquitin ligase."Nature Struct.& Mol.Biol. (in press). (2004)
• [Publications] Komatsu, M., Chiba, T., Tatsumi, K., Iemura, S., Tanida, I., Okazaki, N., Ueno, T., Kominami, E., Natsume, T., Tanaka, K.: "A novel protein-conjugating system for Ufml, a ubiquitin-fold modifier."EMBO J.. (in press). (2004)
• [Publications] Tanaka, K., Yashiroda, H., Tanahashi, N.: "Preparation of proteasomes. "Cell Biology : A Laboratory Handbook" (3rd edition) (Ed. by J.E.Celis)"Academic Press, New York (in press). (2004)