2018 Fiscal Year Research-status Report
インスリン/IGFシグナルを修飾するIRSのモノユビキチン化の制御機構の解明
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17K08625
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
福嶋 俊明 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (70543552)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | インスリン / インスリン様成長因子 / インスリン受容体基質 / ユビキチン / がん / 糖尿病 / Nedd4 / USP15 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
代謝調節/成長促進に重要なインスリン/インスリン様成長因子（IGF）の細胞内シグナルは、インスリン受容体基質（IRS）を介して伝達される。申請者らは、「IRS2がモノユビキチン化を受けるとインスリン/IGFシグナルが増強する」という現象を見出し、さらに、IRS2のモノユビキチン化の過剰な減弱/増強がインスリン/IGFシグナルの過剰な減弱/増強を引き起こし、これが糖尿病やがんの発症や進行に寄与することを示してきた。また、ユビキチンリガーゼNedd4がIRS2をモノユビキチン化する、脱ユビキチン化酵素USP15がIRS2のモノユビキチン化を除去することも明らかにしていた。本研究では、IRS2のモノユビキチン化の制御機構を解析し、IRS2のモノユビキチン化量を調節することによりインスリン/IGFシグナルを修飾する手法を開発することを目的とする。
2018年度は、栄養条件を変動させた際のNedd4の活性調節機構を明らかにするために、低栄養培地（アミノ酸除去培地）で培養した細胞におけるNedd4の分子修飾や結合タンパク質の変動をLC-MS/MSなどを用いて解析した。その結果、低栄養条件ではNedd4の自己ユビキチン化量が増加し、Nedd4のユビイチンリガーゼ活性が上昇することが示された。また、低栄養条件ではNedd4と複数のタンパク質の結合量が増加した。結合量が増加したNedd4結合タンパク質の中には、アミノ酸刺激によるmTORの活性化に関わるユビキチンリガーゼTRAF6が含まれていた。
一方、Nedd4の基質認識機構を明らかにするため、Nedd4とIRS2の部分欠損変異体を用いた結合実験を進め、結合領域を絞り込んだ。その結果、Nedd4のC2ドメインとIRS2のPHドメインおよびPTBドメインが互いの結合領域であることが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2017年度は、USP15のIGFシグナルの調節に果たす役割を明らかにすることができた。今年度は、USP15がインスリンシグナルの調節に果たす役割も、肝細胞H4IIEなどを用いて詳細に解明する予定であった。しかし、他の解析や論文投稿に多くの時間を要したため、こちらの解析を十分検討することができず、来年度以降に実施することとなった。そのため、進捗状況は「やや遅れている」と評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
インスリン標的細胞として培養肝細胞H4IIEを用い、高栄養条件で培養することによりインスリン抵抗性を誘導した際の、USP15の脱ユビキチン化活性や発現量の変化を解析する。また、この細胞でUSP15の発現を抑制しIRS2のモノユビキチン化を増加させた時に、インスリンに応答した細胞内シグナルや糖代謝酵素の発現変化が回復し、糖放出が強く抑制されるようになるか検討する。このような解析から、USP15がインスリンシグナルの調節に果たす役割を明らかにする。
栄養条件を変動させた際のNedd4やの活性調節機構を明らかにするために、低栄養条件で結合量が増加することがわかったNedd4結合タンパク質について、過剰発現/発現抑制などを行い、Nedd4の活性に及ぼす影響を検討するなどの解析を行う。その後、明らかとしたNedd4の活性調節機構や基質認識機構の知見に基づき、Nedd4の活性化状態をモニターする系、Nedd4と基質であるIRS2との結合を簡便にモニターする系を開発する。これを用いて、Nedd4の酵素活性や基質結合を変化させる低分子化合物を探索する。また、以上と同様の解析をUSP15についても進め、USP15の酵素活性や基質結合を変化させる低分子化合物を探索する。
最終的に、これらの低分子化合物を用いて、IRS2のモノユビキチン化量を調節し、インスリン/IGFシグナルの強さを変化させることによりインスリン抵抗性を改善できるか、あるいはがん細胞の増殖を抑制できるか検討する予定である。成就すれば、全く新しい作用点で働く抗糖尿病薬・抗がん剤の開発に向けたシーズとして提案できる。
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| Causes of Carryover |
「現在までの進捗状況」に記したように、今年度は、USP15がインスリンシグナルの調節に果たす役割を、肝細胞H4IIEなどを用いて詳細に解明する予定であった。しかし、他の解析や論文投稿に多くの時間を要したため、こちらの解析を十分検討することができず、次年度使用額が生じた。次年度使用額は、この未検討の解析を次年度に実施するために必要な試薬の購入費として使用する計画である。
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| Remarks |
*と同じ内容は、東京大学農学生命科学研究科HP (http://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2015/20150420-1.html)、および、広島大学HP (http://www.horpshima-u.ac.jp/news/show/id/22883)からも発信された。
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Research Products
(23 results)
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[Journal Article] The integral function of the endocytic recycling compartment is regulated by RFFL-mediated ubiquitylation of Rab11 effectors.2019
Author(s)
Sakai Ryohei, Fukuda Ryosuke, Unida Shin, Aki Misaki, Ono Yuji, Endo Akinori, Kusumi Satoshi, Koga Daisuke, Fukushima Toshiaki, Komada Masayuki, Okiyoneda Tsukasa
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Journal Title
Journal of Cell Science
Volume: 132(3)
Pages: 228007
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] IRS-2 deubiquitination by USP9X maintains anchorage-independent cell growth via Erk1/2 activation in prostate carcinoma cell line.2018
Author(s)
Furuta Haruka, Yoshihara Hidehito, Fukushima Toshiaki, Yoneyama Yosuke, Ito Akihiro, Worrall Claire, Girnita Ada, Girnita Leonard, Yoshida Minoru, Asano Tomoichiro, Komada Masayuki, Kataoka Naoyuki, Chida Kazuhiro, Hakuno Fumihiko, Takahashi Shin-Ichiro
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Journal Title
Oncotarget
Volume: 9(74)
Pages: 33871-33883
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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