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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Comprehensive study on inflammatory and immune responses through complex linear ubiquitin code

Research Project

Project/Area Number 21H02688
Research InstitutionOsaka Metropolitan University

Principal Investigator

徳永 文稔  大阪公立大学, 大学院医学研究科, 教授 (00212069)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2024-03-31
Keywordsタンパク質 / ユビキチン / 酵素 / 炎症 / 酸化ストレス / 細胞死 / NF-κB
Outline of Annual Research Achievements

ユビキチン修飾はプロテアソーム分解のみならず、8通りのユビキチン連結を生成することで多彩な細胞機能を制御する。近年、1つのユビキチン化部位に分岐鎖や混合鎖など複数のユビキチン連結が含まれる複雑さの存在が明らかになり、細胞内の10-20%はこのような複雑鎖であることが示唆されている。我々は、ユビキチンのN末端を介する直鎖状ユビキチン鎖(M1鎖)を生成するLUBACユビキチンリガーゼ(E3)を見出し、LUBACが炎症や免疫制御に重要なNF-κBシグナル経路を活性化することや細胞死を抑制することを見出した。さらに、LUBACが他のE3と協調的に働くことで直鎖とLys63(M1/K63)の混合鎖など、複雑なユビキチン鎖を生成する可能性を見出している。そこで我々は、LUBACと協調して複雑なユビキチン鎖生成に関わるE3とこれを制御する脱ユビキチン化酵素(DUB)の探索を行い、2種の新規RING型E3(LUBAC-associated protein 1と2、各LAP1、LAP2と略)とDUBのOTUD1を見出した。本年度の研究によって、LAP1はLUBACと協調した複雑なユビキチン鎖生成を介してTNF-αによって惹起されるアポトーシスやネクロプトーシスなど細胞死制御に重要であること、LAP2はLUBACサブユニットをK63ユビキチン化することでNF-κB活性を亢進することを突き止めた。さらに、OTUD1はLUBACなどTNF受容体複合体I構成因子からK63ユビキチン鎖を除去することでNF-κB活性を顕著に抑制することを明らかにした。また、Otud1-KOマウスでは酸化ストレスが亢進し、炎症性腸炎が重篤化した。これらの結果から、LUBACと協調するE3やDUBによって複雑鎖の生成・分解、炎症応答、細胞死が制御されていることが明らかになった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

本年度の研究で我々は、LUBACと相互作用することを見出している2種のE3(LAP1、LAP2)について精査した。その結果、LAP1はLUBACによるNF-κB活性化を抑制するとともに、TNF-αによって誘導されるアポトーシスに対しては促進的で、ネクロプトーシスは抑制した。この過程では、LAP1が先行して付加するユビキチン鎖がシードとなって、これにM1鎖が付加されることで複雑なユビキチン鎖が生成される可能性があることを見出し、2022年度分子生物学会のシンポジウムにて発表した。一方、LAP2はLUBACサブユニットにK63鎖を付加して、NF-κBシグナルをさらに亢進させることを突き止めた。LAP2の完全KOマウスは胎生致死であるが、E3活性を喪失させたLAP2のノックインマウスは誕生することから、LAP2はE3活性非依存的に発生段階で重要な役割を果たすことが示唆された。
さらに、LUBACやNF-κB活性を制御する新規DUBとしてOTUD1を同定し、OTUD1が酸化ストレス応答に重要なKEAP1に結合し、NF-κBとNrf2/KEAP1という炎症応答に重要な2つのシグナル経路をクロストーク制御することを突き止めた。さらに、OTUD1-KO細胞では、TNF-α誘導性アポトーシスやネクロプトーシスのみならず、酸化ダメージによる細胞死(オキシトーシス)に対して脆弱になることを明らかにした。また、Otud1-KOマウスを用いて病態モデル解析を進め、デキストラン硫酸によって重篤な炎症性腸炎を引き起こすことを示した。これらの成果は、Cell Death Dis(2022)に発表するとともに、Antioxidants(2023)に総説を発表した。

Strategy for Future Research Activity

1.新規E3-LUBAC相互作用を介したユビキチン鎖の複雑化と生理機能制御
既にLUBACと相互作用することを見出している2種のE3酵素(LAP1、LAP2)について、ノックアウト細胞を用いて各種炎症性サイトカインや病原体関連分子パターン(PAMPs)によって惹起される炎症・免疫関連シグナル応答を精査する。また、アポトーシスやネクロプトーシスなど細胞死に与える影響を分子レベルで詳細に解析する。さらに、LUBAC欠損細胞や我々が開発したLUBAC阻害剤(HOIPIN-8)を用いてこれらE3とLUBACの相互作用によって引き起こされる細胞機能を解明する。また、これらE3のノックアウトマウスを用いて、これにTNF-α、LPS、デキストラン硫酸ナトリウムなどを投与することで、それぞれ全身炎症、敗血症、腸炎を引き起こした場合の生存期間、炎症・免疫関連シグナル活性化、細胞死亢進、病理・組織染色、ユビキチン鎖生成への影響を解析するとともにヒト炎症性腸疾患発症への寄与を解明する。
2. 新規DUBの炎症シグナル制御と生理機能制御
OTUD1に関しては、酸化ストレスと炎症細胞死に関わることが示されたので、Otud1-KOマウスを用いて高脂肪コリン欠乏食負荷による非アルコール性脂肪肝疾患(NAFLD)モデルの解析を進める。さらにOTUD1に次いで阻害能が強いDUBやM1鎖特異的DUBのOTULINに対する創薬シーズの探索を行う。これによって、生理的なLUBACとの機能クロストークを明らかにする。

  • Research Products

    (24 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (11 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 11 results,  Open Access: 10 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 6 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Involvement of heterologous ubiquitination including linear ubiquitination in Alzheimer’s disease and amyotrophic lateral sclerosis2023

    • Author(s)
      Sato Yusuke、Terawaki Seigo、Oikawa Daisuke、Shimizu Kouhei、Okina Yoshinori、Ito Hidefumi、Tokunaga Fuminori
    • Journal Title

      Frontiers in Molecular Biosciences

      Volume: 10 Pages: 1089213

    • DOI

      10.3389/fmolb.2023.1089213

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Pleiotropic Roles of a KEAP1-Associated Deubiquitinase, OTUD12023

    • Author(s)
      Oikawa Daisuke、Shimizu Kouhei、Tokunaga Fuminori
    • Journal Title

      Antioxidants

      Volume: 12 Pages: 350~350

    • DOI

      10.3390/antiox12020350

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Linear ubiquitination in immune and neurodegenerative diseases, and beyond2022

    • Author(s)
      Tokunaga Fuminori、Ikeda Fumiyo
    • Journal Title

      Biochemical Society Transactions

      Volume: 50 Pages: 799~811

    • DOI

      10.1042/BST20211078

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Cytoglobin attenuates pancreatic cancer growth via scavenging reactive oxygen species2022

    • Author(s)
      Hoang Dinh Viet、Thuy Le Thi Thanh、Hai Hoang、Hieu Vu Ngoc、Kimura Kenjiro、Oikawa Daisuke、Ikura Yoshihiro、Dat Ninh Quoc、Hoang Truong Huu、Sato-Matsubara Misako、Dong Minh Phuong、Hanh Ngo Vinh、Uchida-Kobayashi Sawako、Tokunaga Fuminori、Kubo Shoji、Ohtani Naoko、Yoshizato Katsutoshi、Kawada Norifumi
    • Journal Title

      Oncogenesis

      Volume: 11 Pages: 23

    • DOI

      10.1038/s41389-022-00389-4

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Capacity of extracellular globins to reduce liver fibrosis via scavenging reactive oxygen species and promoting MMP-1 secretion2022

    • Author(s)
      Hieu Vu Ngoc、Thuy Le Thi Thanh、Hai Hoang、Dat Ninh Quoc、Hoang Dinh Viet、Hanh Ngo Vinh、Phuong Dong Minh、Hoang Truong Huu、Sawai Hitomi、Shiro Yoshitsugu、Sato-Matsubara Misako、Oikawa Daisuke、Tokunaga Fuminori、Yoshizato Katsutoshi、Kawada Norifumi
    • Journal Title

      Redox Biology

      Volume: 52 Pages: 102286~102286

    • DOI

      10.1016/j.redox.2022.102286

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] LRBA is essential for urinary concentration and body water homeostasis2022

    • Author(s)
      Hara Y、Ando F、Oikawa D、Ichimura K、Yanagawa H、Sakamaki Y、Nanamatsu A、Fujiki T、Mori S、Suzuki S、Yui N、Mandai S、Susa K、Mori T、Sohara E、Rai T、Takahashi M、Sasaki S、Kagechika H、Tokunaga F、Uchida S
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 119 Pages: e2202125119

    • DOI

      10.1073/pnas.2202125119

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Suppression of Linear Ubiquitination Ameliorates Cytoplasmic Aggregation of Truncated TDP-432022

    • Author(s)
      Zhang Qiang、Terawaki Seigo、Oikawa Daisuke、Okina Yoshinori、Usuki Yoshinosuke、Ito Hidefumi、Tokunaga Fuminori
    • Journal Title

      Cells

      Volume: 11 Pages: 2398~2398

    • DOI

      10.3390/cells11152398

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] OTUD1 deubiquitinase regulates NF-κB- and KEAP1-mediated inflammatory responses and reactive oxygen species-associated cell death pathways2022

    • Author(s)
      Oikawa Daisuke、Gi Min、Kosako Hidetaka、Shimizu Kouhei、Takahashi Hirotaka、Shiota Masayuki、Hosomi Shuhei、Komakura Keidai、Wanibuchi Hideki、Tsuruta Daisuke、Sawasaki Tatsuya、Tokunaga Fuminori
    • Journal Title

      Cell Death & Disease

      Volume: 13 Pages: 694

    • DOI

      10.1038/s41419-022-05145-5

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Identification and molecular analysis of <i>RNF31</i> Q622H germline polymorphism2022

    • Author(s)
      Nakazawa Seshiru、Mamiya Ryo、Kawabata?Iwakawa Reika、Oikawa Daisuke、Kaira Kyoichi、Tokunaga Fuminori、Nobusawa Sumihito、Sato Yusuke、Sasaki Atsushi、Yajima Toshiki、Shirabe Ken
    • Journal Title

      Oncology Letters

      Volume: 24 Pages: 394

    • DOI

      10.3892/ol.2022.13514

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Cloaking the ACE2 receptor with salivary cationic proteins inhibits SARS-CoV-2 entry2022

    • Author(s)
      Yoshizato Katsutoshi、Taira Toshio、Sato-Matsubara Misako、Sekiguchi Shizuko、Yabunaka Yoriko、Kira Yukimi、Ohashi Tetsu、Daikoku Atsuko、Ofusa Ken、Kadono Chiho、Oikawa Daisuke、Matsubara Tsutomu、Nakagama Yu、Kido Yasutoshi、Tokunaga Fuminori、Ikeda Kazuo、Kaneko Akira、Kawada Norifumi
    • Journal Title

      The Journal of Biochemistry

      Volume: 172 Pages: 205~216

    • DOI

      10.1093/jb/mvac054

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Spinocerebellar ataxia type 17-digenic TBP/STUB1 disease: neuropathologic features of an autopsied patient2022

    • Author(s)
      Saito Rie、Tada Yui、Oikawa Daisuke、Sato Yusuke、Seto Makiko、Satoh Akira、Kume Kodai、Ueki Nozomi、Nakashima Masahiro、Hayashi Shintaro、Toyoshima Yasuko、Tokunaga Fuminori、Kawakami Hideshi、Kakita Akiyoshi
    • Journal Title

      Acta Neuropathologica Communications

      Volume: 10 Pages: 177

    • DOI

      10.1186/s40478-022-01486-6

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 直鎖状ユビキチン鎖生成を介した炎症・細胞死制御と疾患及び創薬への挑戦2023

    • Author(s)
      徳永文稔
    • Organizer
      PRiME・PROS第10回学術シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] LRBAは尿濃縮と体液恒常性維持に必須の分子である2022

    • Author(s)
      原悠、安藤史顕、及川大輔、市村浩一郎、藤木珠美、萬代新太郎、森崇寧、須佐紘一郎、蘇原映誠、頼建光、徳永文稔、内田信一
    • Organizer
      第65回日本腎臓学会学術総会
  • [Presentation] 直鎖状ユビキチン鎖生成酵素を標的とした阻害剤開発と疾患治療薬としての基礎検討2022

    • Author(s)
      及川大輔、張強、寺脇正剛、翁良、臼杵克之助、徳永文稔
    • Organizer
      第74回日本細胞生物学会大会
    • Invited
  • [Presentation] 脱ユビキチン化酵素 OTUD1による炎症・細胞死制御と病態2022

    • Author(s)
      及川大輔、魏民、清水康平、小迫英尊、塩田正之、高橋宏隆、澤崎達也、徳永文稔
    • Organizer
      第27回日本病態プロテアーゼ学会学術集会
    • Invited
  • [Presentation] タンパク質アレイ技術を基盤とした脱ユビキチン化酵素の機能解析2022

    • Author(s)
      高橋宏隆、檜垣佳奈、山中聡士、佐藤裕介、平野港、好井健太朗、髙谷大輔、本間光貴、及川大輔、徳永文稔、澤崎達也
    • Organizer
      第27回日本病態プロテアーゼ学会学術集会
  • [Presentation] LRBA is essential for urinary concentration and body water homeostasis2022

    • Author(s)
      Hara Y, Ando F, Oikawa D, Ichimura K, Fujiki T, Mandai S, Mori T, Susa K, Sohara E, Rai T, Tokunaga F, Uchida S. Yanagawa H, Sakamaki Y, Nanamatsu A, Mori S, Suzuki S, Yui N, Takahashi M, Sasaki S, Kagechika, H,
    • Organizer
      ASN kidney week 2022
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 形質膜におけるCFTR脱ユビキチン化の促進はCF治療剤の効果を増強する2022

    • Author(s)
      小林祐斗、森島良貴、辻尚樹、福田亮介、及川大輔、徳永文稔、沖米田司
    • Organizer
      第95回日本生化学会大会
  • [Presentation] ウイルスRNA受容体MDA5を介したIFNシグナルを制御する脱ユビキチン化酵素の同定と機能解析2022

    • Author(s)
      坂口詩穏、髙橋宏隆、西耕平、小迫 英尊、及川大輔、徳永文稔、澤崎達也
    • Organizer
      第95回日本生化学会大会
  • [Presentation] OTUD1-KEAP1による炎症、酸化ストレス、細胞死制御と炎症性疾患抑制2022

    • Author(s)
      及川大輔、魏民、清水康平、小迫英尊、塩田正之、高橋宏隆、澤崎達也、徳永文稔
    • Organizer
      第95回日本生化学会大会
    • Invited
  • [Presentation] 細胞内ウイルス受容体MDA5を制御するDUBの探索と機能解析2022

    • Author(s)
      高橋宏隆、坂口詩穏、西野耕平、小迫英尊、及川大輔、徳永文稔、澤崎達也
    • Organizer
      第95回日本生化学会大会
    • Invited
  • [Presentation] The inhibition of LUBAC mitigates amyotrophic lateral sclerosis-associated TDP-43 aggregation2022

    • Author(s)
      Zhang Q, Terawaki S, Oikawa D, Okina Y, Usuki Y, Tokunaga F.
    • Organizer
      第95回日本生化学会大会
  • [Presentation] 新規LUBAC結合タンパク質による細胞死制御機構の解析2022

    • Author(s)
      清水康平、魏民、Tran Thi Thuy Linh、及川大輔、小迫英尊、高橋宏隆、澤崎達也、徳永文稔
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会
    • Invited
  • [Remarks] 大阪公立大学大学院医学研究科医化学研究室HP

    • URL

      https://www.omu.ac.jp/med/medbiochem/

URL: 

Published: 2023-12-25  

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