分子夾雑環境における酸化的フォールディングのモニタリング法の開発

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Chemical Approaches for Miscellaneous / Crowding Live Systems
• Project/Area Number: 20H04688
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 奥村 正樹 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (50635810)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 分子夾雑 / 酸化的フォールディング / PDI

Outline of Annual Research Achievements

哺乳動物細胞の小胞体において、夾雑環境で働くPDIファミリーのひとつP5は酸化的フォールディングの触媒や小胞体ストレス応答因子であるIRE1の不活性化の機能が報告されていたが、P5はこれまで構造未知なためその作動原理は不明であった。今回明らかにした新規P5構造から、新たにa0ドメインに二量体化に重要なLeu-Val adhesive motifを見出した。二量体形成motifの欠損は、部分構造の崩壊を起こしており、細胞内で小胞体ストレスを引き起こし、P5酵素は二量体化することで細胞内機能を保持していることを明らかにした。
さらに、P5はPDIと複合体を組むことで、効率的な酸化的フォールディング触媒を行う一方、ERp72と複合体を組むとシャペロン機能を亢進することがわかった。また、PDIファミリーのひとつERp57がCNXと複合体を組む際カルシウムがトリガーとなっており、カルシウム非存在下で強く相互作用し酸化的フォールディング触媒能を向上させることを示した。生理学的な環境では、カルシウム枯渇時小胞体内はストレスがかかっており、ミスフォールドタンパク質が蓄積されていることが知られており、本結果はストレス状況下回避のための酵素間複合体形成と機能付与を示唆している。
以上の成果は細胞内夾雑環境で、酵素群がパートナータンパク質との複合体形成を調節することで、効率的に基質フォールディングを触媒することを示唆しており、今後さらなる細胞内フォールディングの研究が進行することが望まれる。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] KBSI(韓国)
  • Country Name: KOREA (REP. OF KOREA)
  • Counterpart Institution: KBSI
• [Journal Article] Visualization of structural dynamics of protein disulfide isomerase enzymes in catalysis of oxidative folding and reductive unfolding (2021)
  • Author(s): Okumura M, Noi K, Inaba K.
  • Journal Title: Curr Opin Struct Biol. Volume: 66 Pages: 49-57
  • DOI: 10.1016/j.sbi.2020.10.004.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Conjugate of Thiol and Guanidyl Units with Oligoethylene Glycol Linkage for Manipulation of Oxidative Protein Folding (2021)
  • Author(s): Okada S, Matsusaki M, Okumura M, Muraoka T.
  • Journal Title: Molecules. Volume: 26 Pages: 879
  • DOI: 10.3390/molecules26040879.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Distinct roles and actions of protein disulfide isomerase family enzymes in catalysis of nascent-chain disulfide bond formation (2021)
  • Author(s): Hirayama C, Machida K, Noi K, Murakawa T, Okumura M, Ogura T, Imataka H, Inaba K.
  • Journal Title: iScience. Volume: 24 Pages: 102296
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.102296.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A unique leucine-valine adhesive motif supports structure and function of protein disulfide isomerase P5 via dimerization (2021)
  • Author(s): Okumura M, Kanemura S, Matsusaki M, Kinoshita M, Saio T, Ito D, Hirayama C, Kumeta H, Watabe M, Amagai Y, Lee YH, Akiyama S, Inaba K.
  • Journal Title: Structure. Volume: 29 Pages: 1357-1370.e6.
  • DOI: 10.1016/j.str.2021.03.016.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ca 2+ Regulates ERp57-Calnexin Complex Formation (2021)
  • Author(s): Tanikawa Y, Kanemura S, Ito D, Lin Y, Matsusaki M, Kuroki K, Yamaguchi H, Maenaka K, Lee YH, Inaba K, Okumura M.
  • Journal Title: Molecules. Volume: 26 Pages: 2853
  • DOI: 10.3390/molecules26102853.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Functional Interplay between P5 and PDI/ERp72 to Drive Protein Folding (2021)
  • Author(s): Matsusaki M, Okada R, Tanikawa Y, Kanemura S, Ito D, Lin Y, Watabe M, Yamaguchi H, Saio T, Lee YH, Inaba K, Okumura M.
  • Journal Title: Biology Volume: 11 Pages: 1112
  • DOI: 10.3390/biology10111112.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research