Regulatory mechanism of ubiquitin-proteasome system-mediated ciliogenesis

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K08269
• Research Institution: Mie University
• Principal Investigator: 笠原 広介 三重大学, 医学系研究科, 准教授 (90455535)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 一次繊毛 / ユビキチン / プロテアソーム / リン酸化 / EGF受容体 / 細胞周期

Outline of Annual Research Achievements

近年, 一次繊毛(primary cilia)と呼ばれる細胞内小器官の形成不全および機能異常が, 種々の発達異常や疾患（繊毛病）の原因となることが明らかになり注目を集めている。これまでに申請者は, タンパク質分解の主要経路であるユビキチン・プロテアソーム系が、一次繊毛の形成に必要不可欠であることを発見し, その分子機構の一端を明らかにしてきた。本課題ではこれまでの研究を発展させ、ユビキチン化酵素/脱ユビキチン化酵素の活性バランスによる一次繊毛の形成メカニズムを分子レベルで明らかにすることを目的としている。
本研究では、脱ユビキチンか酵素のsiRNAライブラリーを用いた網羅的スクリーニングにより、一次繊毛の形成抑制に働く6つ脱ユビキチン化酵素（USP8、USP38、USP43、USP52、USP54、UCHL3）を同定することに成功した。特に、USP8は、EGF受容体（EGFR）によりTyr717およびTyr810をリン酸化されることで活性化し、一次繊毛の抑制因子であるトリコプレイン-オーロラA系を安定化することを明らかにした。増殖細胞において、EGFR-USP8-トリコプレイン-オーロラA経路のいずれか分子を機能阻害すると、一次繊毛の形成に依存した細胞周期停止が起こることから、EGFRは一次繊毛の形成抑制を介した経路により細胞増殖を促進していることが判明した。本研究成果により、一次繊毛の形成と細胞増殖の連関が分子メカニズムから明らかとなった。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

一次繊毛の制御に関連する脱ユビキチン化酵素群を同定することに成功し、その中でUSP8については分子メカニズムを解明し、論文発表にまで至っており、おおむね順調に進展していると言える。

Strategy for Future Research Activity

本研究で同定した一次繊毛を制御する脱ユビキチン化酵素群について、未だ分子メカニズムの解明に至っていない5つ(USP38、USP43、USP52、USP54、UCHL3）についても解析を進める。また、我々が一次繊毛の新規制御因子として同定したp27KIP1による一次繊毛の制御機構についても解析を進める。

Research Products

• [Journal Article] EGF receptor kinase suppresses ciliogenesis through activation of USP8 deubiquitinase (2018)
  • Author(s): Kasahara K, Aoki H, Kiyono T, Wang S, Kagiwada H, Yuge M, Tanaka T, Nishimura Y, Mizoguchi A, Goshima N, Inagaki M
  • Journal Title: Nat Commun Volume: 9 Pages: 758
  • DOI: 10.1038/s41467-018-03117-y
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Regulation of keratin 5/14 intermediate filaments by CDK1, Aurora-B, and Rho-kinase (2018)
  • Author(s): Inaba H, Yamakawa D, Tomono Y, Enomoto A, Mii S, Kasahara K, Goto H, Inagaki M
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun Volume: 498 Pages: 544-550
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.03.016
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sphingosine 1-phosphate signaling through its receptor S1P5 promotes chromosome segregation and mitotic progression (2017)
  • Author(s): Andrieu G, Ledoux A, Branka S, Bocquet M, Gilhodes J, Walzer T, Kasahara K, Inagaki M, Sabbadini RA, Cuvillier O, Hatzoglou A
  • Journal Title: Sci Signal Volume: - Pages: -
  • DOI: doi: 10.1126/scisignal.aah4007
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 増殖因子による一次繊毛の形成抑制メカニズム (2017)
  • Author(s): 笠原広介、青木啓将、清野透、山川大史、稲垣昌樹
  • Organizer: 第69回日本細胞生物学会大会