Analysis of heme-dependent degradation mechanisms of ALAS1, mitochondrial heme synthesis enzyme

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K06116
• Research Institution: Iwate Medical University
• Principal Investigator: 久保田 美子 岩手医科大学, 医学部, 准教授 (30260102)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 古山 和道 岩手医科大学, 医学部, 教授 (80280874)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: ミトコンドリア / タンパク質分解 / ヘム生合成経路

Outline of Annual Research Achievements

ALAS1のミトコンドリア移行配列を除いたN末端領域約90アミノ酸が、ヘム濃度の上昇に応答して分解されるのに十分であることが分かった。さらにこの90アミノ酸をヘム結合モチーフを含まない領域と含む領域に分け、それぞれについてヘム濃度上昇による分解誘導を調べたところ、ヘム結合モチーフを含まない領域ではヘムの有無に関わらず分解は誘導されなかった。また、この領域はシクロヘキシミド処理によっても減少しなかったことから、ミトコンドリアタンパク質分解酵素に対して抵抗性をもたらす配列であることが予想された。また、この領域はCLPXとの相互作用も非常に低かった。一方、ヘム結合モチーフを含む領域については、ヘム誘導性の分解が観察された。シクロヘキシミド処理下において、顕著な減少が見られたがヘム誘導性の分解は見られなかった。おそらくこの領域には新規合成されたタンパク質をすぐに分解に導く配列があり、シクロヘキシミド処理下ではヘム誘導性分解が検出されなくなるほど早く分解されてしまうと考えた。ヘム結合モチーフの変異体の解析から、この領域にはシクロヘキシミド処理下での分解をもたらす配列とヘム結合によって分解をもたらす配列があると考えられた。この領域と免疫沈降されるCLPXは多くなかったが、これは分解が非常に効率的に行われるのでCLPXと結合した中間産物濃度が非常に低いことによるのではないかと考えている。90アミノ酸全体ではヘム結合依存的に分解が起こり、CLPXとのヘム依存的結合が非常に顕著に観察されることから、CLPXとの結合がヘム非結合領域によって安定化されること(すなわち分解反応速度はヘム結合モチーフ領域のみに比べて遅くなっている)を示していると考えられた。この調節では、ヘム結合モチーフにヘムが結合するとそのデグロン機能をヘム非結合領域が抑制できなくなると考えられる。