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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Molecular mechanism and its physiological significance of metal coordination in Tyrosinase family proteins

Research Project

Project/Area Number 22H02257
Allocation TypeSingle-year Grants
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

神戸 大朋  京都大学, 生命科学研究科, 准教授 (90303875)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 加藤 紀彦  京都大学, 生命科学研究科, 准教授 (40724612)
木下 政人  京都大学, 農学研究科, 准教授 (60263125)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Keywordsメラニン色素 / チロシナーゼ酵素群 / 亜鉛 / 銅 / 亜鉛輸送体
Outline of Annual Research Achievements

メラニン色素の生合成には、チロシンナーゼ(TYR)、チロシナーゼ関連タンパク質1と2(TYRP1、TYRP2)の3つの酵素が重要な役割を果たす。これらの中で、TYRは銅が配位する銅酵素であり、この銅を供給する銅輸送体ATP7Aが同定されている。そのため、TYR と相同性の高いTYRP1とTYRP2も、銅酵素であると長年信じて疑われてこなかったが、最近我々は、TYRP1がこれまでの予想に反して、銅ではなく亜鉛によって制御されることを見出し、この亜鉛が亜鉛トランスポーターZNT5-6とZNT7によってTYRP1に供給されることを発見した。TYRP1の機能発現のメカニズムは長年の謎であるため、TYRP1とTYRの変異体を駆使して、両分子の金属獲得機構に関する解析を実施した。TYRとTYRP1の間で比較的相同性の低い領域や糖鎖修飾部位を含む領域を交換したドメイン交換キメラ変異体を作成し、ZNT5ZNT7二重欠損株(ZNT5-6とZNT7の機能喪失株)およびATP7A欠損株に導入して、TYRP1とTYRの活性・発現を完全に入れ換えるキメラ変異体を探索した。その結果、TYRP1とTYRの特性を制御する領域に関する知見を得ることができたが、最小領域の同定にはいたらなかった。また、TYRのN末端Cys-rich領域とC末端の領域に、銅の配位に重要と予想される領域を特定した。現在、ヒトのTYRとTYRP1の中間のアミノ酸配列相同性を有するゼブラフィシュのTYRを使用して、TYRの最小領域の同定を進めている。本解析と並行して、TYRP2の活性・発現を変化させる株を特定する解析を実施しているが、現在まで顕著な知見を得るのは至っていない。本研究からは、美容や医薬をはじめとする幅広い分野に新しい展開をもたらす成果が期待される。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

TYRのN末端Cys-rich領域とC末端の領域に、銅の配位に重要と予想される領域を特定したが、特にC末端領域は、これまでその重要性が全く予想されていなかった領域であり、TYRの活性化に関わる新規知見として重要である。このようなTYRの金属要求性の制御機構に関する新たな発見に加え、その他の研究も予定通りの進捗を示しているため。

Strategy for Future Research Activity

・前年度にひき続き、TYRとTYRP1の間でいくつかの領域を交換したキメラ変異体を作成し、これらの変異体をZNT5-6とZNT7の機能欠損株およびATP7A欠損株に導入して、TYRP1とTYRの活性・発現を完全に入れ換える変異体を同定し、TYRP1とTYRの特性を制御する最小領域の特定を目指す。この領域に結合して相互作用する分子を免疫沈降にて精製し、質量分析装置(LC-MS/MS)を用いて同定する。同定した分子の機能解析を実施し(欠損株を樹立し、細胞機能解析や亜鉛応答性に関する解析他を計画)、ZNT5とZNT7がどのようにTYRP1とTYRを区別して亜鉛を供給するのか、あるいは、なぜTYRには銅で、TYRP1には亜鉛が結合するのかなど、未知の制御機構に関する知見を収集する。
・ヒトメラノーマSK-MEL-2細胞やマウスメラノーマB16細胞の野生株およびZNT5ZNT7二重欠損株から代謝産物を抽出してメタボローム解析を実施する。二重欠損株で影響を受ける代謝経路を精査し、メラニン生合成経路との関連について明らかにする。さらに、TYRの活性発現に不可欠となる銅輸送体ATP7A欠損株のメタボローム解析の結果と比較することで、ZNT5とZNT7がメラニン生合成にどのように関わるのか、その分子機序を明示する。
・亜鉛輸送体欠損株ライブラリーにTYRP2を発現させ、TYRP2の活性・発現を変化させる株を特定する解析を並行して実施し、TYRP2に配位する金属に関する情報の収集に努める。

  • Research Products

    (29 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (14 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 8 results,  Open Access: 4 results) Presentation (14 results) (of which Invited: 6 results)

  • [Int'l Joint Research] University of Missouri(米国)

    • Country Name
      U.S.A.
    • Counterpart Institution
      University of Missouri
  • [Journal Article] Zinc and manganese homeostasis closely interacts in mammalian cells2024

    • Author(s)
      Yukina Nishito, Yoshiki Kamimura, Shino Nagamatsu, Nao Yamamoto, Hiroyuki Yasui, and Taiho Kambe
    • Journal Title

      FASEB J

      Volume: in press Pages: -

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Elevated luminal inorganic phosphate suppresses intestinal Zn absorption in 5/6 nephrectomized rats2024

    • Author(s)
      Okumura Yosuke、Abe Kotaro、Sakai Shoko、Kamei Yuki、Mori Yuki、Adachi Yuichiro、Takikawa Masaki、Kitamura Ayano、Ohminami Hirokazu、Ohnishi Kohta、Masuda Masashi、Kambe Taiho、Yamamoto Hironori、Taketani Yutaka
    • Journal Title

      American Journal of Physiology-Renal Physiology

      Volume: 326 Pages: F411~F419

    • DOI

      10.1152/ajprenal.00310.2023

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Zinc transporter 1 expression in hepatocellular carcinoma correlates with prognosis: A single-center retrospective study2024

    • Author(s)
      Kakita Naruyasu、Katayama Kazuhiro、Yasui Toshimitsu、Satake Shin、Aoi Kenji、Jo Hisashi、Kim Yong Kook、Yamazaki Masaru、Hashimoto Ayako、Kambe Taiho
    • Journal Title

      Journal of Trace Elements in Medicine and Biology

      Volume: 82 Pages: 127354~127354

    • DOI

      10.1016/j.jtemb.2023.127354

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Chloroform Fraction of <i>Panax Ginseng</i> Extract Enhances Zip4-Mediated Zinc Influx into the Cytosol2023

    • Author(s)
      Ikeda Yoshito、Kawakami Mizuki、Yamada Yasuyuki、Munekane Masayuki、Sano Kohei、Mukai Takahiro、Kambe Taiho、Shitan Nobukazu
    • Journal Title

      BPB Reports

      Volume: 6 Pages: 108~114

    • DOI

      10.1248/bpbreports.6.3_108

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Novel <i>SLC30A2</i> mutations in the pathogenesis of transient neonatal zinc deficiency2023

    • Author(s)
      Muto Taichiro、Kawase Yuriko、Aiba Kaori、Okuma Miyuki、Itsumura Naoya、Luo Shuangyu、Ogawa Namino、Tsuji Tokuji、Kambe Taiho
    • Journal Title

      Pediatric Investigation

      Volume: 7 Pages: 6~12

    • DOI

      10.1002/ped4.12366

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Pigmentation and TYRP1 expression are mediated by zinc through the early secretory pathway-resident ZNT proteins2023

    • Author(s)
      Wagatsuma Takumi、Suzuki Eisuke、Shiotsu Miku、Sogo Akiko、Nishito Yukina、Ando Hideya、Hashimoto Hisashi、Petris Michael J.、Kinoshita Masato、Kambe Taiho
    • Journal Title

      Communications Biology

      Volume: 6 Pages: 403

    • DOI

      10.1038/s42003-023-04640-5

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Simple in vitro method to evaluate ZIP zinc transport ability through zinc transporter 1 and metallothionein expression measurements2023

    • Author(s)
      Nishito Yukina、Hashimoto Ayako、Kambe Taiho
    • Journal Title

      Methods Enzymol.

      Volume: 687 Pages: 207~239

    • DOI

      10.1016/bs.mie.2023.04.017

  • [Journal Article] Metalation and activation of Zn2+ enzymes via early secretory pathway-resident ZNT proteins2023

    • Author(s)
      Kambe Taiho、Wagatsuma Takumi
    • Journal Title

      Biophysics Reviews

      Volume: 4 Pages: 041302

    • DOI

      10.1063/5.0176048

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Exploring the Physiological Functions of Zinc: Analysis of Zinc Transporters2023

    • Author(s)
      Kambe Taiho
    • Journal Title

      Nippon Eiyo Shokuryo Gakkaishi

      Volume: 76 Pages: 207~216

    • DOI

      10.4327/jsnfs.76.207

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 亜鉛による生体機能制御2023

    • Author(s)
      神戸大朋
    • Journal Title

      実験医学増刊 精密栄養学

      Volume: 41 Pages: 144-149

  • [Journal Article] 黒いメラニン色素生合成における亜鉛要求性の発見2023

    • Author(s)
      神戸大朋
    • Journal Title

      バイオサイエンスとインダストリー

      Volume: 81 Pages: 518-519

  • [Journal Article] メラニン色素生合成には亜鉛が必要である(目で見るバイオ)2023

    • Author(s)
      神戸大朋
    • Journal Title

      バイオサイエンスとインダストリー

      Volume: 81 Pages: 488-489

  • [Journal Article] メラニン生合成における亜鉛の重要性2023

    • Author(s)
      神戸大朋
    • Journal Title

      亜鉛栄養治療

      Volume: 14 Pages: 16-23

  • [Journal Article] 亜鉛欠乏症のメカニズム:細胞外ATP代謝制御障害とアデノシンの減少2023

    • Author(s)
      神戸大朋
    • Journal Title

      脳神経内科

      Volume: 99 Pages: 787-792

  • [Presentation] 黒いメラニンの生合成には亜鉛が不可欠である2024

    • Author(s)
      神戸大朋
    • Organizer
      日本農芸化学会2024年大会
    • Invited
  • [Presentation] 乳児の亜鉛欠乏症:母乳中に亜鉛を供給する亜鉛輸送体ZNT2に関する研究からの考察2024

    • Author(s)
      神戸大朋
    • Organizer
      第21回日本小児栄養研究会
    • Invited
  • [Presentation] 亜鉛輸送体ZNT1の発現調節における翻訳後修飾の役割2024

    • Author(s)
      山本奈央、神戸大朋
    • Organizer
      第27回日本亜鉛栄養治療研究会
  • [Presentation] 消化管における亜鉛吸収の調節2023

    • Author(s)
      神戸大朋
    • Organizer
      第45回日本臨床栄養代謝学会総会 第44回日本臨床栄養協会総会 第21回大連合大会
    • Invited
  • [Presentation] メラニン生合成には、亜鉛も必要だった!2023

    • Author(s)
      神戸大朋
    • Organizer
      第26回日本亜鉛栄養治療研究会学術集会
    • Invited
  • [Presentation] 初期分泌経路局在型ZNT蛋白質を介した亜鉛酵素のメタレーションと活性化2023

    • Author(s)
      神戸大朋
    • Organizer
      第23回日本蛋白質科学会
    • Invited
  • [Presentation] チロシナーゼファミリータンパク質の金属識別と活性化2023

    • Author(s)
      神戸大朋
    • Organizer
      第76回日本酸化ストレス学会学術集会 若手の会シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] 腸管上皮細胞における亜鉛吸収の分子機構2023

    • Author(s)
      渡辺理久、藤代瞳、神戸大朋
    • Organizer
      第40回日本微量栄養素学会学術集会
  • [Presentation] 亜鉛という新たな観点から見たメラニン合成2023

    • Author(s)
      我妻拓実、木下政人、神戸大朋
    • Organizer
      生命金属科学 夏の合宿
  • [Presentation] ZNT5・ZNT6・ZNT7 が輸送する亜鉛は GPI アンカー型タンパク質の発現に必須である2023

    • Author(s)
      我妻拓実、神戸大朋、木下政人
    • Organizer
      第34回日本微量元素学会学術集会
  • [Presentation] 腸管での亜鉛吸収を担う亜鉛トランスポーターZIP4を標的とした亜鉛吸収効率を向上させる食品由来因子の探索2023

    • Author(s)
      安部文香、門間敬子 、神戸大朋、橋本彩子
    • Organizer
      第62回日本栄養・食糧学会近畿支部大会
  • [Presentation] 腸管での亜鉛吸収に機能する亜鉛トランスポーターZIP4の発現を促進する食品由来因子の探索2023

    • Author(s)
      安部文香、門間敬子、神戸大朋、橋本彩子
    • Organizer
      第40回 日本微量栄養素学会学術集会
  • [Presentation] 亜鉛という新たな観点から見たメラニン合成2023

    • Author(s)
      我妻拓実、木下政人、神戸大朋
    • Organizer
      第2回生命金属科学シンポジウム
  • [Presentation] 亜鉛という新たな観点から見たメラニン合成2023

    • Author(s)
      我妻拓実、木下政人、神戸大朋
    • Organizer
      第46回日本分子生物学会年会

URL: 

Published: 2024-12-25  

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