Understanding the protein homeostasis mechanism by P5, a member of the PDI family

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K06520
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43020:Structural biochemistry-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Okumura Masaki 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (50635810)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: タンパク質品質管理 / ジスルフィド結合 / X線小角散乱法 / 小胞体 / NMR / 二量体化モチーフ

Outline of Final Research Achievements

P5 is a PDI family member involved in the ER quality control. We discovered that P5 dimerizes via a unique adhesive motif contained in the N-terminal thioredoxin-like domain by SAXS and crystallographic anaylyses. A monomeric P5 mutant with the impaired adhesive motif showed structural instability and local unfolding. Disassembly of P5 to monomers compromised its ability to inactivate IRE1, one of ER stress sensor, via intermolecular disulfide bond reduction. Thus, the leucine-valine adhesive motif supports structure and function of P5. Furthermore, the enzymatic activity of P5-mediated oxidative folding is up-regulated by PDI, while the chaperone activity of P5 is stimulated by ERp72. Thus, we established molecular and mechanistic basis of P5-dependent protein quality control system in the endoplasmic reticulum.

Free Research Field

構造生物化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

細胞内の小胞体には新生タンパク質に、構造を安定化するためにジスルフィド結合を導入する仕組みが存在する。このジスルフィド結合の触媒を担っているのがPDIファミリー酵素である。特にPDIファミリー酵素のひとつP5は、癌などの疾患や小胞体ストレス応答、血液凝固といった様々な生理機能と関わることが報告されていたが、全体構造が不明なため詳しいメカニズムは不明であった。本課題では全長P5がユニークな構造モチーフを介して二量体構造をとることを明らかにし本モチーフが本酵素の機能発現にとって重要であることを提示した。従って本酵素の構造機能相関研究に基づき、本成果は医学的にも重要な知見をもたらす。