筋ジストロフィー疾患を引き起こす糖転移酵素の構造機能相関

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26840029
• Research Institution: High Energy Accelerator Research Organization
• Principal Investigator: 桑原 直之 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 研究員 (70506253)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 糖鎖修飾 / 筋ジストロフィー / O-マンノシル化

Outline of Annual Research Achievements

α-ジストログリカン(αDG)は細胞表面に局在する糖タンパク質であり、ラミニンなどの細胞外マトリックス局在タンパク質との相互作用に直接関与している。この相互作用にはO-マンノース型糖鎖が必須である事が知られており、その糖鎖修飾不全は先天性筋ジストロフィーを引き起こす。その疾患原因遺伝子の一つとしてPOMGnT1が同定されている。POMGnT1はゴルジ内腔に局在し、N末端側に膜貫通領域をもつII型膜タンパク質であり、内腔側にステムドメインと触媒ドメインの二つのドメインを持つことが分かっている。POMGnT1はマンノシル化されたSer/Thr残基(Man-Ser/Thr)を認識し、GlcNAcβ1,2結合を付加する事が知られている。
本研究ではPOMGnT1のステムドメインと触媒ドメインを含む領域の構造機能解析を行った。その結果ステムドメインがβ結合を持つ糖を認識することが分かった。その一方で、触媒ドメイン及びステムドメインによるペプチドとの特異的な相互作用はほとんど見られず、主に疎水性相互作用によるものであった。本研究の結果、POMGnT1はαDGのアミノ酸配列ではなく、二つのドメインが協調してO-Man型糖鎖を認識することで、糖鎖修飾部位を決定していることが示唆された。またステムドメインはPOMGnT1の反応生成物であるGlcNAc β1,2 Man以外にも、GlcNAc β1,4やβ1,6Man糖鎖を認識できると予想される。このステムドメインの糖鎖認識機能が、POMGnT1のαDGの認識や糖修飾部位のクラスタリングに重要な役割を果たしていることと考えられる。また、筋ジストロフィー疾患に関与する糖転移酵素FKTNはPOMGnT1と複合体を形成することが知られているため、GlcNAc β1,4を含むCore M3糖鎖をステムドメインが認識することでFKTNのαDGへの親和性を高めることでも、Core M3以降の糖鎖修飾にもPOMGnT1が関与しているという機能モデルを提唱した。

Research Products

• [Journal Article] A conserved island of BAG6/Scythe is related to ubiquitin domains and participates in short hydrophobicity recognition. (2016)
  • Author(s): Tanaka H, Takahashi T, Xie Y, Minami R, Yanagi Y, Hayashishita M, Suzuki R, Yokota N, Shimada M, Mizushima T, Kuwabara N, Kato R, Kawahara H.
  • Journal Title: FEBS Journal Volume: 283 Pages: 662-667
  • DOI: 10.1111/febs.13618
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel helical assembly in arginine methyltransferase 8. (2016)
  • Author(s): Toma-Fukai S, Kim JD, Park KE, Kuwabara N, Shimizu N, Krayukhina E, Uchiyama S, Fukamizu A, Shimizu T.
  • Journal Title: Journal of Molecular Biology Volume: 428 Pages: 1197-1208
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2016.02.007.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] POMGNT1 Is Glycosylated by Mucin-Type O-Glycans. (2015)
  • Author(s): Akasaka-Manya K, Manya H, Furukawa J, Kuwabara N, Okada K, Tsumoto H, Higashi N, Kato R, Shinohara Y, Irimura T, Endo T.
  • Journal Title: Biological and Pharmaceutical Bulletin Volume: 38 Pages: 1389-1394
  • DOI: 10.1248/bpb.b15-00415.
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] A novel carbohydrate binding domain of the POMGnT1 stem region modulates O-mannosylation sites of α-dystroglycan (2016)
  • Author(s): N Kuwabara, H Manya, T Yamada, H Tateno, Y Hirose, M Mizuno, M Ikeguchi, J Hirabayashi, T Senda, T Endo, R Kato
  • Organizer: GlycoT2016
  • Place of Presentation: トロント(カナダ）
  • Year and Date: 2016-06-19 – 2016-06-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 糖転移酵素POMGnT1のステムドメインは糖鎖を認識し、O-Man型修飾部位の制御を行う。 (2016)
  • Author(s): 桑原直之、萬谷博、山田健之、舘野浩章、平林淳、千田俊哉、遠藤玉夫、加藤龍一
  • Organizer: 第16回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場(福岡県福岡市)
  • Year and Date: 2016-06-09 – 2016-06-09
• [Presentation] Presentation title：A novel carbohydrate binding domain of POMGnT1 stem region modulates O-mannosylation sites of -dystroglycan (2016)
  • Author(s): N Kuwabara, H Manya, T Yamada, H Tateno, Y Hirose, M Mizuno, M Ikeguchi, J Hirabayashi, T Senda, T Endo, R Kato
  • Organizer: The 3rd International Symposium on Glyco-Neuroscience
  • Place of Presentation: 淡路夢舞台 (兵庫県淡路市）
  • Year and Date: 2016-01-14 – 2016-01-16
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 糖転移酵素POMGnT1の糖鎖認識機構解析 (2015)
  • Author(s): 桑原直之、萬谷博、山田健之、舘野浩章、平林淳、千田俊哉、遠藤玉夫、加藤龍一
  • Organizer: BMB2015 (第38会日本分子生物学会年会、第88回日本生化学大会合同大会)
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド(兵庫県神戸市)
  • Year and Date: 2015-12-01 – 2015-12-04