2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of a sugar tyoe discrimination in protein glycosylation based on protein subcellular localization
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19K20410
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| Research Institution | Aoyama Gakuin University |
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Principal Investigator |
越中谷 賢治 青山学院大学, 理工学部, 助教 (90806499)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | バイオインフォマティクス / 糖鎖修飾 / 糖種判別法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
・タンパク質細胞内局在経路に基づいた糖鎖修飾分布の解析
O型糖鎖修飾を受けている糖タンパク質について、細胞内局在・糖鎖修飾情報をもとに、細胞内での局在化経路および糖種に応じて分類した。糖タンパク質をシグナルペプチドや膜貫通領域の有無で、細胞内在型・分泌型・シグナルアンカー型・膜貫通型の4グループに分類し、O型糖鎖修飾の糖種を調査した。シグナルペプチドもしくは膜貫通領域を有する分泌型・シグナルアンカー型、あるいはその両方を有する膜貫通型の糖タンパク質は、トランスロコンから小胞体に挿入され、小胞体を経由する局在化経路（小胞体・ゴルジ体・細胞膜・細胞外分泌）を通る。小胞体経由の3グループにおいては、主としてFuc・Xyl・GalNAcの修飾が見られた。一方、小胞体を経由しない局在化経路（核・細胞質・ミトコンドリア）を通る細胞内在型タンパク質においては、O型糖鎖修飾の100%がGlcNAcによることがわかった。上記の結果は、O-Fuc・O-Xyl・O-GalNAc・O-GlcNAc転移酵素の細胞内局在性とよく一致した。本項目では特に、一次配列では判別が難しかったGlcNAc修飾タンパク質の細胞内局在化経路の特異性が明らかになり、糖種判別のための強力なパラメータになることが示された。O型糖鎖修飾を受けるタンパク質の糖鎖修飾位置周辺のアミノ酸配列から得られた糖種特異的PSSMおよび細胞内局在経路（シグナルペプチド・膜貫通領域の有無）をパラメータとし、タンパク質O型糖鎖修飾における糖種判別を行った。本項目では、判別が難しい糖種の組み合わせを明らかにするために、各糖種総当たりの組み合わせ判別を行った。また、細胞内局在性やシグナルペプチド・膜貫通領域の有無が不明のタンパク質配列の糖種判別を行う可能性も鑑み、糖種特異的PSSMのみをパラメータとして用いた際の糖種判別の精度も求めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
・植物タンパク質を利用した,ヒト培養細胞内の様々なオルガネラに輸送可能な評価モデルの構築
O型糖鎖修飾を受けている糖タンパク質について,細胞内局在・糖鎖修飾情報をもとに,細胞内での局在化経路および糖種に応じて分類した.糖タンパク質をシグナルペプチドや膜貫通領域の有無で,細胞内在型・分泌型・シグナルアンカー型・膜貫通型の4グループに分類し,O型糖鎖修飾の糖種を調査した.シグナルペプチドもしくは膜貫通領域を有する分泌型・シグナルアンカー型,あるいはその両方を有する膜貫通型の糖タンパク質は,トランスロコンから小胞体に挿入され,小胞体を経由する局在化経路（小胞体・ゴルジ体・細胞膜・細胞外分泌）を通る.小胞体経由の3グループにおいては,主としてFuc・Xyl・GalNAcの修飾が見られた.一方,小胞体を経由しない局在化経路（核・細胞質・ミトコンドリア）を通る細胞内在型タンパク質においては,O型糖鎖修飾の100%がGlcNAcによることがわかった.上記の結果は,O-Fuc・O-Xyl・O-GalNAc・O-GlcNAc転移酵素の細胞内局在性とよく一致した.上記の研究実績からモデルタンパク質を作成し,実験的に検証を行った.植物由来のGPIアンカー型タンパク質CEBiPをもとに,局在性に関与するシグナル領域前後にAcGFPを導入し,最適な条件を検討した.GPI修飾に寄与するAS領域の前にGFPを導入することで,適切にオルガネラを経由し細胞膜に局在化することが本研究で示された.一方で,DsRed-Mitoを同時にHeLa細胞に導入することで,キメラCEBiPがミトコンドリアに誘導されていることから局在性をプラスミドに変異を導入せずにタンパク質局在性を変化させられることが新たに明らかとなった.以上のことから,研究目標はおおよそ達成していると考えられる.
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| Strategy for Future Research Activity |
当該年度において,タンパク質の細胞内局在性と糖種との相関を,バイオインフォマティクス解析によって明らかにした.これらの情報をまとめ、Web上での公開を目指し、また予測法の開発および細胞内でのマップの構築を目指す。特に哺乳類に焦点を当て、解析してきたが、他の生物種でも同様のパターンが見られないか、調査する必要がある。とりわけ、細胞内局在が不明確なタンパク質に関しては、修飾された糖種から細胞内の局在化経路を明らかにすることを目指し、それらの新規分野に開発も行う予定である。同時に,これらの実験的検証に向けて,モデルタンパク質をコードする複数の遺伝子をクローニングし,モデルタンパク質の細胞内局在性を人工的に制御することに成功しました.また糖種や細胞内局在性の組織特異性を確認するためのモデル生物として線虫を選択し,網羅的なバイオインフォマティクス解析により線虫タンパク質の糖種特異性を明らかにしました.これらの実験結果を基にデータベースへの還元を行うとともに,実験による新たな発見を目指す.
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Research Products
(3 results)
