2018 Fiscal Year Annual Research Report

水酸化酵素Phdの新規基質の同定を基盤とした低酸素応答システムの解明

Publicly Offered Research

Project Area	Oxygen biology: a new criterion for integrated understanding of life
Project/Area Number	17H05523
Research Institution	Tokyo Medical and Dental University
Principal Investigator	中山恒東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 准教授 (10451923)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2019-03-31
Keywords	低酸素応答 / 代謝 / PDH / プロリン水酸化
Outline of Annual Research Achievements	細胞は低酸素環境にさらされると、低酸素応答を引き起こし、適応する。この適応過程では、代謝をはじめとして様々な細胞応答を調節する必要がある。前年度から引き続き、低酸素応答におけるピルビン酸脱水素酵素PDHの活性制御機構の解析を進めた。PDHの活性が低酸素下で減弱することを前年度までの研究で明らかにしていたことから、そのメカニズムを明らかにするための解析を進めた。細胞にPDHを強制発現させた後に精製して、質量分析を行ったところ、PDHはリン酸化をはじめとして様々な翻訳後修飾を受けることが判明したが、その中にはプロリン水酸化も含まれることが明らかになった。この翻訳後修飾を受ける領域を詳しく検証したところ、PDHの既知基質であるHIFの水酸化部位に存在するモチーフとは相同ではなかったことから、プロリン水酸化には既存のモチーフには依存しない様式でおこるものも存在する可能性が考察された。次に、PDHのプロリン水酸化の生理的意義を明らかにするために、水酸化されるプロリン残基の変異体を作製した。この変異体を細胞内に発現させたところ、変異体は野生型と比べて不安定なタンパク質であり、さらに、PDH複合体の他のサブユニットとの結合能も低下していることが明らかになった。したがって、このプロリン水酸化は、他のサブユニットとの会合を促進して、PDHの複合体の安定化に作用する役割を担うことが考えられた。そこで、PDHがノックダウンされPDH活性が抑制されている細胞株に、野生型およびプロリン水酸化の変異型のPDHを導入して、その酵素活性の回復能を検証した。その結果、野生型と変異型PDHを導入したどちらの細胞でもPDHの酵素活性の回復は認められたが、変異型PDHの方がその活性が低い傾向があることが明らかになった。今後、この解析を細胞系や導入する量を変化させて行い、PDHのプロリン水酸化の役割と、低酸素応答におけるその生理的意義を明らかにしたい。
Research Progress Status	平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	平成30年度が最終年度であるため、記入しない。