Investigation of the regulation mechanism and significance of intrinsically disordered protein Bach2 by heme signaling.

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K06538
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 43030:Functional biochemistry-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: MATSUI Miki 東北大学, 医学系研究科, 助教 (00455784)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: ヘム / 天然変性タンパク質

Outline of Final Research Achievements

Heme binds directly to the transcriptional repressor BACH2 and promotes plasma cell differentiation. However, the regulatory mechanism of BACH2 has not been elucidated. Heme-binding region of BACH2 is a intrinsically disordered state. We identified a TBK1 kinase which binds BACH2 in a heme-dependent manner. We showed that TBK1 directly phosphorylates BACH2 and regulates the expression of BACH2 target genes. We obtained results that the phosphorylation site of BACH2 changes in the presence or absence of heme, and that the BACH2 complex components change with the amount of heme binding. In this study, we show that heme signals dynamically alter the overall structure of BACH2, induce changes in BACH2 complex components, and elucidate the molecular mechanisms by which BACH2 is regulated.

Free Research Field

生化学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

天然変性タンパク質は、生体内で他のタンパク質と相互作用して多彩な機能を生み出す。Bach2の天然変性領域には、複数のヘムが結合して機能が変化するが、この際二次構造を新たにとらない。すなわち、天然変性状態のままで機能が変化するという、これまでにない特徴をもつ。また、天然変性領域の構造変化をヘムとリン酸化という二つのシグナルが連携して制御することを見いだしているが、天然変性領域が異なるシグナルを統合する例はない。本研究が達成により、天然変性タンパク質研究の問題点を解決するだけではなく、ヘムの新たな役割として「細胞内ヘム濃度変化に伴う天然変性タンパク質相互作用の調節」まで広がる可能性がある。