Mechanism of protein disulfide bond formation in the ER of human cells

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H02881
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 38030:Applied biochemistry-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Kadokura Hiroshi 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (70224558)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ジスルフィド結合 / 哺乳動物 / 分泌タンパク質 / 小胞体 / 物質生産

Outline of Final Research Achievements

Formation of disulfide bonds is a crucial step in the folding of a huge number of secretory and membrane proteins. Disulfide bonds are thought to be introduced into the chains entering the ER lumen. However, when and how disulfide bonds are introduced into the elongating chains remained largely elusive. Here, we have developed a system to observe disulfide bond formation in the elongating chain of LDLR to find that disulfide rearrangement in LDLR occurs at a specific timing during synthesis in a manner depending on a downstream region of the polypeptide. Thus, folding of a multidomain protein in the ER of mammalian cells appears to be more coordinated and elaborated than previously thought. Furthermore, we have compared the abilities of two ER resident enzymes, GPx7 and GPx8, in oxidizing PDI family members to find that GPx7, but not GPx8, functions as an H2O2-dependent PDI oxidase in cells.

Free Research Field

応用生物化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

タンパク質中に形成されたジスルフィド結合を組み換える反応は、複数のドメインから構成されるタイプの細胞表層タンパク質の折り畳みにおいて鍵となる反応ステップで、従来はタンパク質の翻訳合成が終わった後、数十分の時間をかけてゆっくりと進行すると考えられてきました。しかし今回の研究から、この反応はこれまでに考えられていたよりも遥かに早い段階に於いて、精緻な制御のもと、進行することが初めて明らかになりました。今回の結果は、細胞表層タンパク質の折り畳みの不具合によって発症する病気の機序を理解したり、微生物などを利用して、有用なタンパク質を生産したりする上で、基盤となる情報を与えると期待されます。