異常蛋白質の特異的分解機構を応用した神経変性疾患に対する遺伝子治療法の開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13557057
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 畠山 鎮次 九州大学, 生体防御医学研究所, 助教授 (70294973)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山下 順範囲 協和発酵工業株式会社, 東京研究所, 主任研究員(研究職) ; 中山 啓子 東北大学, 大学院・医学系研究科, 教授 (60294972) ; 中山 敬一 九州大学, 生体防御医学研究所, 教授 (80291508)
• Keywords: ユビキチン / ユビキチンリガーゼ / 神経変性疾患 / MJD / 品質管理 / U-ボックスタンパク質 / UFD2 / VCP

Research Abstract

細胞内タンパク質分解は、細胞周期や転写調節やシグナル伝達などの生物学上重要な現象の調節に関与している。ユビキチン介在性蛋白分解は、ユビキチン活性化酵素(E1)、ユビキチン結合酵素(E2)、ユビキチシリガーゼ(E3)の酵素カスケードによリユビキチンの基質へのイソペプチド結合と、その後のプロテアソームによる分解によって構成される。E3に基質特異性が担われていると想像され、現在まで、HECT型E3とリングフィンガー型E3の2種類のE3群が発見されている。
最初、U-ボックスタンパク質は4つ以上のポリユビキチン鎖を基質に伸長させるE4(Ufd2)として、出芽酵母の人工基質の分解システムの解析から同定された。Ufd2のC末端に存在する約70アミノ酸配列(U-ボックスドメイン)を有するタンパク質は、酵母からと卜に至るまで、各々の生物種に複数存在することが判明し、我々はヒト及びマウスからU-ボックスドメインを含むタンパク質のcDNAをクローニングし、そのE3活性を証明した(U-ボックス型E3)。ほとんどのU-ボックスタンパク質は分子シャペロンとの関係が認められ、U-ボックス型E3はシャペロン依存型E3である可能性が高い。異常蛋白の蓄積は対応するために、正確な蛋白フォールディングを起こすためには分子シャペロンが、一方、異常タンパク質を分解する場合はU-ボックス型E3が関与している可能性を示した。
機能レベルでは、哺乳類の、Ufd2ホモログであるUFD2aが、ポリグルタミン病のひとつであるマシャド-ジョセフ病の原因遺伝子産物である、神経細胞内に蓄積されるMJD1タンパク質を認識し分解できることを見いだした。また、他のU-ボックス蛋白であるCHIPが、他の神経変性疾患であるパーキンソン病に関与していることを報告した。現在、遺伝子治療的応用に向けて、U-ボックス型E3の機能および細胞生物学的解析を遂行中である。

Research Products

• [Publications] Hatakeyama, S. et al.: "U Box proteins as a new family of ubiquitin-protein ligases"J. Biol. Chem.. 276. 33111-33120 (2001)
• [Publications] Murillas, R et al.: "Identification of developmentally expressed proteins that functionally interact with Nedd4 ubiquitin ligase"J. Biol. Chem.. 277. 2897-2907 (2002)
• [Publications] Miyamoto, A.: "Increased proliferation of B cells and autoimmune disease in protein kinase C-delta-deficient mice"Nature. 416. 865-869 (2002)
• [Publications] Nakamichi, I.: "Formation of Mallory body-like inclusions and cell death induced by deregulated expression of keratin 18"Mol. Biol. Cell. 13. 3441-2451 (2002)
• [Publications] Imai, Y.: "CHIP is associated with Parkin, a gene responsible for familial Parkinson's disease, and enhances its ubiquitin ligase activity"Mol. Cell. 10. 297-304 (2002)
• [Publications] Kaneko, C.: "Characterization of the mouse gene for the U-box-type ubiquitin ligase UFD2a"Biochem. Biophys. Res. Commun.. 300. 297-304 (2003)