2018 Fiscal Year Research-status Report
Molecular mechanism of regulation of PSM activity by NRF1 O-GlcNAc modification
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17K08618
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
関根 弘樹 東北大学, 加齢医学研究所, 助教 (50506285)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 転写制御 / タンパク質分解 / 翻訳後修飾 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
タンパク質の恒常性維持（プロテオスタシス）は正常な細胞機能にとって極めて重要であり、その破綻が多くの疾患の分子基盤となっていることが明らかにされている。そのため細胞は、プロテアソーム阻害剤で細胞を処理した場合、プロテアソームサブユニット遺伝子群がフィードバック的に転写レベルで活性化する、プロテアソームバウンスバック反応が起こり、細胞内プロテアソーム活性を調節することが知られている。これを担う中心的な転写因子としてNRF1が知られてい
る。転写因子NRF1は多段階でその活性が制御されることが知られているが、核内での活性化機構については明らかではなかった。そこで私たちは、NRF1の核内複合体の取得により、NRF1とOGT/HCF1複合体が結合することを明らかとした。OGTはタンパク質の翻訳後修飾であるO-GlcNAc化を施すO-GlcNAc転移酵素であるが、NRF1機能発現にO結合型糖鎖修飾(O-GlcNAc化)が必須であることを私たちは発見した。O結合型糖鎖修飾は様々な生物学的イベント（栄養状態、細胞周期、日周性、加齢）において、変動することが知られており、本研究では、とりわけグルコースなどの栄養状態でNRF1はタンパク質レベルで活性制御されることが明らかとなった。またがんにおけるプロテアソーム依存性を支える基盤がOGT-NRF1であることを明らかとした。多くのがんがプロテアソームの活性に、その生存を依存しているため、プロテアソーム阻害剤はプロテアソーム依存性がんの治療への治療が予想されるが、実際には多発性骨髄腫などの一部のがんに、その使用は限定されている。しかしながら私たちの発見は、OGT阻害が効果的に固形がんに対してもプロテアソーム阻害剤を使用できることを示唆する結果であった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
NRF1複合体の新規構成因子の中で、プロテアソームーサブユニット遺伝子の活性化において、OGT複合体のより詳細な結合様式を明らかにすることができた。OGT/HCF1複合体のうちHCF1が直接NRF1に結合することを、大腸菌で作製したリコンビナントタンパク質を用いて示すことができた。さらにNRF1側のドメインについても決定し、Neh6Lと呼ばれる領域に結合することがわかった。これにより複合体結合の制御ができるようになり、NRF1とHCF1/OGT複合体との結合欠失変異体の作製に成功した。この変異体は、プロテアソームの活性化能を失っていた。またChIPアッセイによりOGT/HCF-1複合体をノックダウンしたところ、NRF1のプロテアソーム・サブユニット遺伝子プロモーター上へのクロマチン結合が減弱することも明らかとした。また他のNRF1複合体構成因子についても、ノックダウン後の活性制御において重要であることを明らかとした。またOGT阻害によるプロテアソーム阻害剤の抗がん作用の増強を、Xenograftモデルにより明らかとすることができた。さらにはデータベースを用いたOGTとプロテアソームサブユニット遺伝子群との相関も調べ、乳がん、大腸がんでタンパク質の発現相関を明らかにできた。
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| Strategy for Future Research Activity |
OGT/HCF1複合体が、とりわけがんにおいてプロテアソームの転写活性に必要であることを明らかとしたので、さらにヒト患者検体における重要性を明らかとしたい。またO-GlcNAc化サイトを明らかとできたので、特異的認識抗体の作製も同時に進めたい。
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| Causes of Carryover |
次年度は本助成金の最終年度にあたり、さらなる研究の加速に加えて、成果発表も積極的に行うことになるので、請求分と合わせて全額使用する予定である。
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Research Products
(4 results)
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[Journal Article] Lactate dehydrogenase C is required for the protein expression of a sperm-specific isoform of lactate dehydrogenase A.2019
Author(s)
Dodo M, Kitamura H, Shima H, Saigusa D, Wati SM, Ota N, Katsuoka F, Chiba H, Okae H, Arima T, Igarashi K, Koseki T, Sekine H, Motohashi H.
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Journal Title
J Biochem.
Volume: 65
Pages: 323-334
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] O-GlcNAcylation Signal Mediates Proteasome Inhibitor Resistance in Cancer Cells by Stabilizing NRF1.2018
Author(s)
Sekine H, Okazaki K, Kato K, Alam MM, Shima H, Katsuoka F, Tsujita T, Suzuki N, Kobayashi A, Igarashi K, Yamamoto M, Motohashi H.
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Journal Title
Mol Cell Biol.
Volume: 38
Pages: e00252-18
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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