インスリン受容体基質のモノユビキチン化を介したインスリン活性調節機構の解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 24790928
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 福嶋 俊明 広島大学, 医歯薬保健学研究院, 助教 (70543552)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2015-03-31
• Keywords: インスリン / インスリン様成長因子 / 細胞内シグナル / ユビキチン / インスリン受容体基質 / Nedd4 / Epsin1

Outline of Annual Research Achievements

研究代表者は、これまでに、インスリン/IGFシグナルを仲介するIRS-2にユビキチンリガーゼNedd4が結合すると、IRS-2がモノユビキチン化され、インスリン/IGFに応答したIRS-2のチロシンリン酸化が促進、インスリン/IGF活性が増強することを見出してきた。本研究では、この現象の分子機構と生理的意義の解明を目的としている。
平成26年度は、まず、Nedd4とIRS-2の相互作用の特異性を検討した。その結果、Nedd4と類似構造を持つNedd4-2はIRS-2に結合しないこと、Nedd4はIRS-1をユビキチン化しないことなどがわかった。
次に、Nedd4によるIRS-2のユビキチン化部位を調べた。IRS-2のリジン残基の変異体を用いた前年度の解析からIRS-2のC末端側の複数のリジン残基がユビキチン化部位であることが示されていたが、定量的質量分析によって特に1331番目のリジン残基が最もユビキチン化を受けやすいことが示された。
また、前年度にモノユビキチン化されたIRS-2を認識するタンパク質としてEpsin1を同定していたが、IRS-2やEpsin1の変異体を用いた結合解析から、IRS-2にC末端付近に付加されたユビキチンにEpsin1のユビキチン結合モチーフが結合することがわかった。
初年度からの解析を総合し、「Nedd4によってユビキチン化されたIRS-2はEpsin1と相互作用することにより細胞膜にリクルートされ、そこに存在するインスリン/IGF受容体キナーゼによってチロシンリン酸化されやすくなり、インスリン/IGFシグナルが増強される」という全く新しい分子機構が存在すると結論した。また、肝細胞では、細胞が低栄養状態に置かれると何らかの仕組みでNedd4とIRS-2の複合体形成が促進し、明らかとした機構を介してインスリン感受性が増強する可能性が示された。

Remarks

広島大学医歯薬保健学研究院　医化学研究室
http://home.hiroshima-u.ac.jp/ikagaku/

Research Products

• [Journal Article] Mosapride citrate improves nonalcoholic steatohepatitis with increased fecal lactic acid bacteria and plasma glucagon-like peptide-1 level in a rodent model (2015)
  • Author(s): Okubo H, Nakatsu Y, Sakoda H, Kushiyama A, Fujishiro M, Fukushima T, Matsunaga Y, Ohno H, Yoneda M, Kamata H, Shinjo T, Iwashita M, Nishimura F, Asano T
  • Journal Title: American journal of physiology. Gastrointestinal and liver physiology Volume: 308 Pages: G151-158
  • DOI: 10.1152/ajpgi.00198.2014
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nedd4-induced monoubiquitination of IRS-2 enhances IGF signalling and mitogenic activity (2015)
  • Author(s): Fukushima T, Yoshihara H, Furuta H, Kamei H, Hakuno F, Luan J, Duan C, Saeki Y, Tanaka K, Iemura SI, Natsume T, Chida K, Nakatsu Y, Kamata H, Asano T, Takahashi SI
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 6 Pages: 6780
  • DOI: doi: 10.1038/ncomms7780 (2015).
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] The deubiquitinating enzyme, USP9X positively regulates IGF-I-dependent cell growth by inhibition of degradation of insulin receptor substrate (IRS)-2 in cancer cells (2015)
  • Author(s): Haruka Furuta, Hidehito Yoshihara, Toshiaki Fukushima, Yasushi Saeki, Keiji Tanaka, Akihiro Ito, Minoru Yoshida, Tomoichio Asano, Kazuhiro Chida, Fumihiko Hakuno, Shin-Ichiro Takahashi
  • Organizer: Gordon Research Conference: IGF and Insulin System in Physiology and disease
  • Place of Presentation: Ventura, USA
  • Year and Date: 2015-03-08 – 2015-03-13
• [Presentation] Molecular mechanisms by which ubiquitin ligase Nedd4 enhances IRS-2-mediated IGF signaling (2014)
  • Author(s): Toshiaki Fukushima, Hidehito Yoshihara, Haruka Furuta, Fumihiko Hakuno, Yasushi Saeki, Yusuke Nakatsu, Hideaki Kamata, Shin-Ichiro Takahashi, Tomoichiro Asano
  • Organizer: Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] Xanthine oxidase inhibitor febuxostat improves nonalcoholic steatohepatitis (2014)
  • Author(s): Yasuka Matsunaga, Yusuke Nakatsu, Yasuyuki Seno, Aya Katasako, Ryuhei Kanaokam Toshiaki Fukushima, Hideaki Kamata, Tomoichiro Asano
  • Organizer: Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] Roles of prolyl isomerase Pin1 in pancreatic beta cell function (2014)
  • Author(s): Yusuke Nakatsu, Keiichi Mori, Yasuka Matsunaga, Toshiaki Fukushima, Hideaki Kamata, Ken Yamaguchi, Hisamitsu Ishihara, Tomoichiro Asano
  • Organizer: Annual Meeting of the Molecular Biology Society of Japan
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] Novel Mechanisms by which Nedd4-IRS-2 Complexes Enhance IGF-I signals, and their Roles in IGF-I Action in Prostate Cancer Cell Proliferation (2014)
  • Author(s): Toshiaki Fukushima, Hidehito Yoshihara, Haruka Furuta, Fumihiko Hakuno, Yasushi Saeki, Yusuke Nakatsu, Hideaki Kamata, Tomoichiro Asano, and Shin-Ichiro Takahashi
  • Organizer: The International Congress of the GRS and the IGF Society
  • Place of Presentation: Singapore
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [Presentation] The deubiquitinating enzyme, USP9X positively regulates insulin-like growth factor (IGF)-dependent cell growth by inhibition of degradation of IGF-I receptor (IGF-IR) and insulin receptor substrate (IRS)-2 in cancer cells (2014)
  • Author(s): Haruka Furuta, Hidehito Yoshihara, Toshiaki Fukushima, Yasushi Saeki, Akihiro Ito, Claire Worrall, Leonard Girnita, Keiji Tanaka, Minoru Yoshida, Tomoichio Asano, Kazuhiro Chida, Fumihiko Hakuno, Shin-Ichiro Takahashi
  • Organizer: The International Congress of the GRS and the IGF Society
  • Place of Presentation: Singapore
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18