Novel mechanism of the removal of reactive oxygen species in the ER

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18H04002
• Research Institution: Kyoto Sangyo University
• Principal Investigator: 永田 和宏 京都産業大学, 生命科学部, 教授 (50127114)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 小胞体 / 過酸化水素 / レドックス

Outline of Annual Research Achievements

ERdj5還元にリンクした小胞体内H2O2量減少の確認：　ERdj5がEro1から電子を奪って、自身が還元するという予備的結果を得ていたが、この従来まったく想定されてこなかった新しい経路の詳細を明らかにすることができ、現在論文投稿中である。
この時、Ero1からFADを介して、分子状酸素に渡される電子は少なくなり、産生されるH2O2の量も減少すると考えられるがそれを証明するため、小胞体内にH2O2の量を特異的に測定できるセンサータンパク質ERハイパーを導入し、詳細に解析することにも成功した。新生鎖、PDI,　Ero1a,　FADを順に経由して、分子状酸素に受け渡され、H2O2を産生するはずだった電子が、Ero1aからERdj5に受け渡される（ハイジャックされる）ことにより、H2O2産生が実際に減弱し、それに伴ってERストレスが減弱することも確かめられた。生理的には大きな進歩であった。
これまでの研究によって、小胞体膜上に存在する新規因子によるGSHのサイトゾルからの導入が行われている可能性を見いだしたので、現在それを解析中である。

レダクターゼからカタラーゼへの分子スイッチの変換機構：　新たに同定したERp18はサイトゾルにおけるもっとも代表的な還元酵素チオレドキシンの小胞体ホモログと考えられるが、その機能に関する研究はほとんど進んでいない。われわれはすでにERp18が通常は２量体として存在しているが、２量体の時には還元活性を持つこと、そしてそれがオリゴマーを形成するとカタラーゼ様の活性を持ち、ERハイパーによって検出されるH2O2の量を減少させるという予備的なデータを得ることに成功した。このオリゴマー形成に亜鉛イオンが関与するというデータを得ることもでき、現在投稿準備中である。

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本来酸化的環境である小胞体が、いかにして還元力を得ることができるのかは、長いあいだの謎であった。本研究から、その新たな分子メカニズムが明らかになったことは、パラダイムシフトと言ってもいい、大きな発見であり、かつ、その経路の他に、直接サイトゾルから還元物質を導入する経路の可能性をみいだしことは、当初の計画時には考えていなかったことで、計画以上に進展していると考えている。

Strategy for Future Research Activity

上記に述べたように、サイトゾルのGSHのような低分子還元物質を直接小胞体に導入する経路の詳細を明らかにして、論文発表まで持って行きたい。

Research Products

• [Journal Article] Interactome Screening Identifies the ER Luminal Chaperone Hsp47 as a Regulator of the Unfolded Protein Response Transducer IRE1α. (2018)
  • Author(s): D. Sepulveda, D. Rojas-Rivera, DA. Rodriguez ,J. Groenendyk, A. Kohler,C. Lebeaupin,S. Ito, H. Urra, A. Carreras-Sureda, Y. Hazari, M. Vasseur-Cognet, MMU. Ali,E. Chevet,G. Campos, P. Godoy,T. Vaisar, B. Bailly-Maitre, K. Nagata,M. Michalak,J. Sierralta,C. Hetz.
  • Journal Title: Mol Cell. Volume: 69 Pages: 238-252
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2017.12.028
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Detection of substrate binding of a collagen-specific molecular chaperone HSP47 in solution using fluorescence correlation spectroscopy. (2018)
  • Author(s): A. Kitamura, Y. Ishida, H. Kubota, CG. Pack, T. Homma, S. Ito, K. Araki, M. Kinjo, K. Nagata
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun. Volume: 497 Pages: 279-284
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.02.069
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Nuclear export of ubiquitinated proteins via the UBIN-POST system (2018)
  • Author(s): S. Hirayama, M. Sugihara, D. Morito, S. Iemura, T. Natsume, K. Nagata
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA Volume: 115(18) Pages: E4199-7208
  • DOI: 10.1073/pnas.1711017115
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Role of ER J protein for the maintenance of ER homeostasis (2018)
  • Author(s): Kazuhiro Nagata
  • Organizer: International workshop of CSSI
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Redox-mediated regulation of ER homeostasis (2018)
  • Author(s): Kazuhiro Nagata
  • Organizer: Cold Spring Harbor Meeting “Protein Homeostasis in Health and Disease”
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ERdj5 as a master regulator of the ER homeostasis: crosstalk of Ca2+ and redox homeostasis (2018)
  • Author(s): Kazuhiro Nagata
  • Organizer: FASEB Meeting "Protein Research Conferences"
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Nascent polypeptide as a souse of reductive power in the ER (2018)
  • Author(s): Kazuhiro Nagata
  • Organizer: International Symposium "Proteins:from the Cradle to the Grave"
  • Int'l Joint Research / Invited