殺菌やレドックスシグナルに関わる活性酸素生成型NADPHオキシダーゼ成熟機構解明

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 17K08637
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 宮野 佳 九州大学, 医学研究院, 助教 (60444783)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: NADPHオキシダーゼ / 活性酸素 / 糖鎖修飾

Outline of Annual Research Achievements

生体は活性酸素（ROS, reactive oxygen species）の反応性を利用して、殺菌や甲状腺ホルモンの合成、耳石の形成、さらにはレドックスシグナルにおけるシグナル分子として利用している。この活性酸素を真の産物として積極的に生成するのが膜タンパク質NADPHオキシダーゼ（Nox, NADPH oxidase）である。この生成系の破綻は、様々な疾患を引き起こすことが知られている。例えば、食細胞のNox（Nox2）の遺伝的欠損は、好中球が殺菌に用いる活性酸素を生成することができなくなり、幼少期より重篤な感染症を引き起こす慢性肉芽種症を引き起こす。一方、過剰な活性酸素の生成は、タンパク質や脂質の酸化、DNAの損傷を引き起こす恐れがある。そのためNoxは、適切な時間と空間に活性酸素を生成しなくてはならない。本研究では、Noxの「細胞膜への輸送」、「酵素の活性化」、「細胞外へのROS生成」すなわち成熟化機構の全容解明を目指す。
初年度は、Noxファミリーの適切な膜ソーティングまでに必要なプロセスを明らかにすることを目標とした。多くの膜タンパク質は、小胞体で糖鎖を付加される（糖鎖修飾）。輸送の過程で、付加された糖鎖はGolgi体で成熟化され、目的地である細胞膜に局在する膜タンパク質は、complex型の糖鎖を持つことになる（conventionalな膜タンパク質輸送経路）。糖鎖修飾を受ける他のNox（Nox1やNox2）や膜タンパク質（VSVGやCFTR）と異なり、糖鎖修飾付加のアミノ酸配列を持たないNox5は、小胞体からGolgi体への輸送をブロックしても細胞膜に局在し、活性酸素を生成することを見出した。この結果は、Nox5が糖鎖修飾非依存性にconventional経路を介さずに、細胞膜へ到達する可能性を示す。本成果は、学術誌に投稿中である。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本研究では、まず成熟化の各ステップにおける分子メカニズムを明らかにしつつ、最終的にはNoxファミリーのROS生成に至る成熟化過程の全容解明を目指すことを目標としている。初年度では、これまでまったく知られていなかったNox5の細胞膜局在メカニズムについて明らかにした。この成果は、Noxファミリーの成熟化機構の全容の解明に寄与するだけでなく、糖鎖修飾を受けない他の膜タンパク質の細胞膜局在機構の理解にも繋がると考えられる。

Strategy for Future Research Activity

初年度で得られた成果をもとに、さらに、成熟化の各ステップにおける分子メカニズムを明らかにし、NoxファミリーのROS生成に至る成熟化過程の全容解明を目指す。具体的には、1. Noxの細胞膜への輸送について、Nox1～Nox4の輸送のキープレイヤーであるp22phoxの役割やN-glycosylationを含めた翻訳後修飾の役割、Nox5のp22phox非依存性の積極的な細胞膜局在メカニズムの解明を目指す。2. 細胞膜局在Noxの活性化について、特異的な活性化タンパク質がNox1～Nox3の構造変化も含めてどのように作用するのか、また恒常的なNox4活性が生じるメカニズムを明らかにすることを目指す。3. NoxによるROSの生成について、Noxファミリー間で異なるROSを生成するシステムについて、ROS生成に必要な電子伝達系に関わるアミノ酸残基の同定や活性化状態のNox構造情報の取得を行い、それらを基盤として明らかにすることを目指す。