糖尿病やがんの発症・進行におけるNedd4-IRS複合体の乖離/形成の意義

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26460369
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 福嶋 俊明 東京工業大学, 生命理工学研究科, 東工大特別研究員 (70543552)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: インスリン / インスリン様成長因子 / インスリン受容体基質 / ユビキチン / がん / 糖尿病

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の細胞内シグナルや生理活性が増強することを見出してきた。本研究では、インスリン/IGF活性の異常が関与して起こる糖尿病やがんに着目し、これらの発症・進行におけるNedd4-IRS-2複合体の役割を明らかにすることを目的にしている。
平成26年度の解析から、前立腺がん細胞ではNedd4-IRS-2複合体が過剰に形成されており、これによりIGFシグナルが増強、細胞の過増殖の一因となることが示された。一方、肝細胞が過剰の糖にさらされるとNedd4-IRS-2複合体の形成が阻害されてインスリン感受性が低下、これが糖尿病発症の一因となる可能性も示された。
平成27年度は、ユビキチン化したIRS-2に相互作用する脱ユビキチン化酵素を探索し、Ubiquitin specific protease (USP) 15の同定に成功した。HEK293細胞や前立腺がんPC-3細胞を用いて解析した結果、USP15を過剰発現すると、Nedd4によって誘導されるIRS-2のユビキチン化が抑制され、IGF-I 刺激に応答したIRS-2のチロシンリン酸化も低下した。一方、USP15の発現を抑制すると、Nedd4によって誘導されるIRS-2のユビキチン化が促進、IGF-I 刺激に応答したIRS-2のチロシンリン酸化が増強した。以上の結果から、USP15はNedd4がIRS-2に付加したユビキチンを除去し、インスリン/IGFに応答したIRS-2のチロシンリン酸化を抑制、インスリン/IGFの生理活性を減弱する役割を果たすと考えられた。

Current Status of Research Progress

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

Reason

平成26年度の研究の過程でユビキチン化したIRS-2に脱ユビキチン化酵素USP15が相互作用することを発見したので、平成27年度はその機能解析について精力的にすすめた。研究実績の概要で記したように、USP15がIRS-2の脱ユビキチン化酵素として機能することを示すことができた。さらに、これまで申請者らが明らかにしてきた「IRS-2のモノユビキチン化がインスリン/IGFシグナルを促進する」という新規の分子機構の存在を、脱ユビキチン化酵素の解析を通じても確認することができ、順調に研究が進行したと言える。

Strategy for Future Research Activity

平成27年度は、Nedd4-IRS-2複合体の機能を負に制御するUSP15の機能解析に注力した。平成28年度は、がんや糖尿病の病態モデル細胞を用いて、Nedd4-IRS-2複合体に相互作用するタンパク質（USP15を含む）の結合量の変動、および、Nedd4やIRS-2の分子修飾の変動をLC-MS/MSで解析し、これをもとに複合体の形成と乖離の分子機構の解析を進めることとする。
また、Nedd4-IRS-2複合体形成を促進/阻害する低分子化合物をスクリーニングする系として、Nedd4 とIRS との結合量をELISA で測定する手法の開発を予備的に進めてきたが、より感度よく結合量を測定できるAlphaテクノロジーを用いることとし、スクリーニングに着手する。また、最近になり、Nedd4のユビキチンリガーゼ活性を促進する物質が報告されたので、これがIRS-2を介したインスリン/IGFシグナルを増強するかについても確かめる。
最終的には、明らかとしたNedd4-IRS-2複合体形成機構の知見や、複合体の機能に影響を与える物質を利用し、Nedd4-IRS-2複合体の形成/乖離ががんや糖尿病の発症・進行に寄与することをモデル細胞等で証明する。

Causes of Carryover

平成26年度の研究の過程でユビキチン化したIRS-2に脱ユビキチン化酵素USP15が相互作用することを発見し、その機能解析が研究推進にとって大変重要であったため、平成27年度はそれについて精力的に研究をすすめた。一方、Nedd4-IRS-2複合体に相互作用する他のタンパク質も見つかっており、Nedd4やIRS-2の分子修飾も含めて複合体形成の調節に重要と考えられたので、その解析を平成28年度に行う予定とし、必要な研究費を平成28年度使用分として残した。

Expenditure Plan for Carryover Budget

平成27年度から繰り越した研究費と、平成28年度の研究費をあわせ、がんや糖尿病の病態モデル細胞におけるNedd4やIRS-2の分子修飾/結合タンパク質をLC-MS/MSで解析し、これをもとにNedd4-IRS-2複合体の形成と乖離の分子機構の解析を進める。また、Nedd4とIRS-2との結合量をAlphaテクノロジーで測定する手法の開発を進め、Nedd4-IRS-2複合体形成を促進/阻害する低分子化合物のスクリーニングに着手する。最終的には、明らかとしたNedd4-IRS-2複合体形成機構の知見や、複合体の機能に影響を与える物質を利用し、Nedd4-IRS-2複合体の形成/乖離ががんや糖尿病の発症・進行に寄与することをモデル細胞等で証明する。

Remarks

*と同じ内容は、東京大学大学院農学生命科学研究科HP (http://www.a.u-tokyo.ac.jp/topics/2015/20150420-1.html)、及び、広島大学HP（http://www.hiroshima-u.ac.jp/news/show/id/22883）からも発信された。

Research Products

• [Int'l Joint Research] ミシガン大学(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: ミシガン大学
• [Int'l Joint Research] カロリンスカ研究所(スウェーデン)
  • Country Name: SWEDEN
  • Counterpart Institution: カロリンスカ研究所
• [Int'l Joint Research] 中国海洋大学(中国)
  • Country Name: CHINA
  • Counterpart Institution: 中国海洋大学
• [Journal Article] Involvement of resistin-like molecule β in the development of methionine-choline deficient diet-induced non-alcoholic steatohepatitis in mice. (2016)
  • Author(s): Okubo H, Kushiyama A, Sakoda H, Nakatsu Y, Iizuka M, Taki N, Fujishiro M, Fukushima T, Kamata H, Nagamachi A, Inaba T, Nishimura F, Katagiri H, Asahara T, Yoshida Y, Chonan O, Encinas J, Asano T.
  • Journal Title: Sci Rep. Volume: 6 Pages: 20157
  • DOI: doi: 10.1038/srep20157.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-molecular-mass complexes containing insulin receptor substrates play important roles in regulation of insulin-like activities. (2016)
  • Author(s): Takahashi SI, Fukushima T, Ando Y, Hakuno F.
  • Journal Title: Bioscience and Industry Volume: 74(1) Pages: -
• [Journal Article] 甲状腺細胞の増殖誘導機構 (2016)
  • Author(s): Takahashi SI, Fukushima T, Yamanaka D, Hakuno F.
  • Journal Title: 甲状腺学会誌 Volume: 7(1) Pages: -
• [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: Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. Volume: 308(2) Pages: G151-8
  • DOI: doi: 10.1152/ajpgi.00198.2014.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The xanthine oxidase inhibitor febuxostat suppresses development of nonalcoholic steatohepatitis in a rodent model. (2015)
  • Author(s): Nakatsu Y, Seno Y, Kushiyama A, Sakoda H, Fujishiro M, Katasako A, Mori K, Matsunaga Y, Fukushima T, Kanaoka R, Yamamotoya T, Kamata H, Asano T.
  • Journal Title: Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol. Volume: 309(1) Pages: G42-51
  • DOI: doi: 10.1152/ajpgi.00443.2014.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] DPP-IV inhibitor anagliptin exerts anti-inflammatory effects on macrophages, adipocytes, and mouse livers by suppressing NF-κB activation. (2015)
  • Author(s): Shinjo T, Nakatsu Y, Iwashita M, Sano T, Sakoda H, Ishihara H, Kushiyama A, Fujishiro M, Fukushima T, Tsuchiya Y, Kamata H, Nishimura F, Asano T.
  • Journal Title: Am J Physiol Endocrinol Metab. Volume: 309(3) Pages: E214-23
  • DOI: doi: 10.1152/ajpendo.00553.2014.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Pin1 Inhibitor Juglone Exerts Anti-Oncogenic Effects on LNCaP and DU145 Cells despite the Patterns of Gene Regulation by Pin1 Differing between These Cell Lines. (2015)
  • Author(s): Kanaoka R, Kushiyama A, Seno Y, Nakatsu Y, Matsunaga Y, Fukushima T, Tsuchiya Y, Sakoda H, Fujishiro M, Yamamotoya T, Kamata H, Matsubara A, Asano T.
  • Journal Title: PLoS One. Volume: 10(6) Pages: e0127467
  • DOI: doi: 10.1371/journal.pone.0127467.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] LUBAC Formation Is Impaired in the Livers of Mice with MCD-Dependent Nonalcoholic Steatohepatitis. (2015)
  • Author(s): Matsunaga Y, Nakatsu Y, Fukushima T, Okubo H, Iwashita M, Sakoda H, Fujishiro M, Yamamotoya T, Kushiyama A, Takahashi S, Tsuchiya Y, Kamata H, Tokunaga F, Iwai K, Asano T.
  • Journal Title: Mediators Inflamm. Volume: 2015 Pages: 125380
  • DOI: doi: 10.1155/2015/125380.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Prolyl isomerase Pin1 negatively regulates AMP-activated protein kinase (AMPK) by associating with the CBS domain in the γ subunit. (2015)
  • Author(s): Nakatsu Y, Iwashita M, Sakoda H, Ono H, Nagata K, Matsunaga Y, Fukushima T, Fujishiro M, Kushiyama A, Kamata H, Takahashi S, Katagiri H, Honda H, Kiyonari H, Uchida T, Asano T.
  • Journal Title: J Biol Chem. Volume: 290(40) Pages: 24255-66
  • DOI: doi: 10.1074/jbc.M115.658559.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nedd4-induced mono-ubiquitination of IRS-2 enhances IGF signaling and mitogenic activity. (2015)
  • Author(s): Fukushima T, Yoshihara H, Furuta H, Hakuno F, Luan J, Duan C, Saeki Y, Tanaka K, Iemura SI, Natsume T, Chida K, Nakatsu Y, Kamata H, Asano T, Takahashi S.
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 6 Pages: 6780
  • DOI: doi: 10.1038/ncomms7780.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The Novel Functions of High-Molecular-Mass Complexes Containing Insulin Receptor Substrates in Mediation and Modulation of Insulin-Like Activities: Emerging Concept of Diverse Functions by IRS-Associated Proteins. (2015)
  • Author(s): Hakuno F, Fukushima T, Yoneyama Y, Kamei H, Ozoe A, Yoshihara H, Yamanaka D, Shibano T, Sone-Yonezawa M, Yu BC, Chida K, Takahashi S.
  • Journal Title: Front Endocrinol (Lausanne). Volume: 6 Pages: 73
  • DOI: doi: 10.3389/fendo.2015.00073.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] インスリン受容体基質IRSはG3BP1と相互作用し、 cap非依存的翻訳を促進する (2016)
  • Author(s): 中沖優里、尾添淳文、曽根芽里、山中大介、福嶋俊明、片岡直行、浅野知一郎、 千田和広、伯野史彦、高橋伸一郎
  • Organizer: 日本農芸化学会
  • Place of Presentation: 札幌
  • Year and Date: 2016-03-27 – 2016-03-30
• [Presentation] クッシング病で見られる脱ユビキチン化酵素USP8の変異体は ACTH分泌を制御するバソプレシン受容体V1bを安定化する (2015)
  • Author(s): 福嶋俊明
  • Organizer: 新学術領域【ユビキチンネオバイオロジー】第２回領域会議
  • Place of Presentation: 南房総
  • Year and Date: 2015-12-16 – 2015-12-18
• [Presentation] 非アルコール性脂肪性肝炎におけるLUBAC形成障害の解析 (2015)
  • Author(s): 松永 泰花、中津 祐介、福嶋 俊明、大久保 博史、岩下 未咲、迫田 秀之、藤城 緑、山本屋 武、櫛山 暁史、高橋 伸一郎、土谷 佳弘、鎌田 英明、徳永 文稔、岩井 一宏、浅野 知一郎
  • Organizer: 日本分子生物学会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [Presentation] 脳下垂体の腫瘍性疾患クッシング病における脱ユビキチン化酵素USP8の活性化変異 (2015)
  • Author(s): 駒田 雅之、川口 紘平、Arif Ibrahim Ardisasmita、福嶋 俊明
  • Organizer: 日本分子生物学会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-04
• [Presentation] Nedd4-induced monoubiquitination of IRS-2 enhances IGF signaling and mitogenic activity (2015)
  • Author(s): 福嶋俊明
  • Organizer: 新学術領域【ユビキチンネオバイオロジー】若手ワークショップ
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2015-07-01 – 2015-07-02
• [Book] Progress in Molecular Biology and Translational Science: When Phosphorylation Encounters Ubiquitination: A Balanced Perspective on IGF-1R Signaling (2016)
  • Author(s): L. Girnita, SI. Takahashi, C. Crudden, T. Fukushima, C. Worrall, H. Furuta, H. Yoshihara, F. Hakuno, A. Girnita
  • Total Pages: 印刷中
  • Publisher: Elsevier Inc.
• [Remarks] 東京大学 大学院農学生命科学研究科 動物細胞制御学研究室
  • URL: http://endo.ar.a.u-tokyo.ac.jp/shingroup/index.html
• [Remarks] 広島大学 医歯薬保健学研究院 医化学研究室
  • URL: http://home.hiroshima-u.ac.jp/ikagaku/
• [Remarks] 動物の成長や細胞の増殖の新しい調節機構を発見（東京大学、UTokyo Research）*
  • URL: http://www.u-tokyo.ac.jp/ja/utokyo-research/research-news/novel-regulatory-mechanisms-of-animal-growth-and-cell-proliferation.html
• [Remarks] 東京工業大学 科学技術創成研究院 細胞制御工学研究ユニット 駒田研究室
  • URL: http://komada-lab.jimdo.com/