Mechanism and function of posttranslational modification zones

• Project Area: Toward an integrative understanding of functional zones in organelles
• Project/Area Number: 17H06421
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Rikkyo University
• Principal Investigator: 後藤 聡 立教大学, 理学部, 教授 (60280575)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石川 裕之 千葉大学, 大学院理学研究院, 准教授 (00398819) ; 金川 基 愛媛大学, 医学系研究科, 教授 (00448044)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2022-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥128,570,000 (Direct Cost: ¥98,900,000、Indirect Cost: ¥29,670,000); Fiscal Year 2021: ¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000); Fiscal Year 2020: ¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000); Fiscal Year 2019: ¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000); Fiscal Year 2018: ¥26,000,000 (Direct Cost: ¥20,000,000、Indirect Cost: ¥6,000,000); Fiscal Year 2017: ¥24,570,000 (Direct Cost: ¥18,900,000、Indirect Cost: ¥5,670,000)
• Keywords: ゴルジ体 / 小胞体 / 糖鎖修飾 / リン酸修飾 / 筋ジストロフィー / オルガネラ・ゾーン / ゾーン形成因子 / GPI / ゴルジ体キナーゼ / ジストログリカン / 翻訳後修飾

Outline of Annual Research Achievements

選別輸送・修飾ゾーンの解析を行った。
（１）GPI結合タンパク質の合成に必須な酵素のひとつPig-Bは核膜に局在する。Pig-Bの核膜局在はその機能に重要であった。そこでPig-Bの核膜局在に必要な分子をスクリーニングしたところ、B-type Laminを見出した。本年度は、B-type Laminを欠失させるとPig-Bが核膜に留まっていることができず分解されてしまうことを見出した。B-type LaminはGPI修飾ゾーンの形成因子のひとつということができる。そこでLamin欠失変異体を詳細に調べたところ、GPI結合タンパク質の異常が見出された。ゾーン形成因子の役割が明らかとなった。以上の結果を学術論文として発表した。（後藤）
（２）ゴルジ体キナーゼFour-jointed(Fj)は、ショウジョウバエの発生に重要な役割をはたしている。本年度は、ショウジョウバエ翅成虫原基を用いたRNAiスクリーンにより、リン酸修飾ゾーンが増加・減少する遺伝子を複数同定した。（石川）
（３）ジストログリカンのリビトールリン酸修飾の特異性を決定する因子の探索をすすめ、フクチンやFKRPをはじめとしたリビトールリン酸修飾に関わる分子群が複合体を形成していることを明らかにしてきた。本年度は、FKRPの詳細な酵素反応の様式を分子レベルで解明できた。また、このような特異的な修飾を可能とする修飾ゾーンを実証するために、ゾーン形成に関わると示唆されるPTAR1の機能解析を進めてきた。現在、PTAR1の下流に位置し、ジストログリカンの修飾に関わる遺伝子候補にたどり着いている。また、リビトールリン酸修飾酵素であるフクチンの欠損マウスを用いて、心筋におけるリビトールリン酸修飾の病態生理的意義を解明し、新規の治療戦略の開発につながった。（金川）

Current Status of Research Progress

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

Reason

ゾーン形成因子の役割が明らかになったことは重大な進捗である。また、リン酸化ゾーンとリビトールリン酸修飾ゾーンの形成因子の候補が見出されたことは重要な進捗と考える。

Strategy for Future Research Activity

（１）Pig-B変異体の表現型を詳細に解析したところ、核内での新たな機能を示唆する結果を得た。その機能について解析を進める。
（２）RNAiスクリーンにより同定された、リン酸修飾ゾーンが増加・減少する遺伝子の変異体におけるFjの細胞内局在を解析する。さらに、これらの遺伝子とfjの二重RNAiにより、fjの機能低下による表現型が増悪するかを検証する。
（３）ジストログリカンのリビトールリン酸修飾の特異性を決定する分子基盤を明らかにするため、フクチンなどの修飾酵素と基質生合成系との関連を調査し、効果的に修飾が進行するメカニズムを明らかにする。PTAR1が関わるゾーン形成については、下流分子の機能解析をすすめ、どのようにジストログリカンの修飾に関わるか明らかにしていく。

Research Products

• [Journal Article] Lamin is essential for nuclear localization of the GPI synthesis enzyme PIG-B and GPI-anchored protein production in Drosophila (2020)
  • Author(s): Yamamoto-Hino Miki、Kawaguchi Kohei、Ono Masaya、Furukawa Kazuhiro、Goto Satoshi
  • Journal Title: Journal of Cell Science Volume: 133 Pages: 238527-238527
  • DOI: 10.1242/jcs.238527
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Crystal structures of fukutin-related protein (FKRP), a ribitol-phosphate transferase related to muscular dystrophy. (2020)
  • Author(s): Kuwabara N, Imae R, Manya H, Tanaka T, Mizuno M, Tsumoto H, Kanagawa M, Kobayashi K, Toda T, Senda T, Endo T, Kato R.
  • Journal Title: Nat Commun Volume: 11 Pages: 303-303
  • DOI: 10.1038/s41467-019-14220-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Galectin 3?binding protein suppresses amyloid-β production by modulating β-cleavage of amyloid precursor protein (2020)
  • Author(s): Seki Tsuneyoshi、Kanagawa Motoi、Kobayashi Kazuhiro、Kowa Hisatomo、Yahata Naoki、Maruyama Kei、Iwata Nobuhisa、Inoue Haruhisa、Toda Tatsushi
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 295 Pages: 3678-3691
  • DOI: 10.1074/jbc.ra119.008703
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Elimination of fukutin reveals cellular and molecular pathomechanisms in muscular dystrophy-associated heart failure (2019)
  • Author(s): Ujihara Yoshihiro、Kanagawa Motoi、Mohri Satoshi、Takatsu Satomi、Kobayashi Kazuhiro、Toda Tatsushi、Naruse Keiji、Katanosaka Yuki
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 10 Pages: 5754-5754
  • DOI: 10.1038/s41467-019-13623-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Characterization of dystroglycan binding in adhesion of human induced pluripotent stem cells to laminin-511 E8 fragment (2019)
  • Author(s): Sugawara Yumika、Hamada Keisuke、Yamada Yuji、Kumai Jun、Kanagawa Motoi、Kobayashi Kazuhiro、Toda Tatsushi、Negishi Yoichi、Katagiri Fumihiko、Hozumi Kentaro、Nomizu Motoyoshi、Kikkawa Yamato
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1038/s41598-019-49669-x
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Stability of the transamidase complex catalyzing GPI anchoring of proteins (2019)
  • Author(s): Kawaguchi Kohei、Sato Tatsuro、Kondo Shu、Yamamoto-Hino Miki、Goto Satoshi
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 512 Pages: 584-590
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2019.03.103
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Myo-Glyco disease Biology: Genetic Myopathies Caused by Abnormal Glycan Synthesis and Degradation (2019)
  • Author(s): Kanagawa Motoi
  • Journal Title: Journal of Neuromuscular Diseases Volume: - Pages: 1-13
  • DOI: 10.3233/jnd-180369
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Wide distribution of alpha-synuclein oligomers in multiple system atrophy brain detected by proximity ligation (2019)
  • Author(s): Sekiya Hiroaki、Kowa Hisatomo、Koga Hinako、Takata Mariko、Satake Wataru、Futamura Naonobu、Funakawa Itaru、Jinnai Kenji、Takahashi Motonori、Kondo Takeshi、Ueno Yasuhiro、Kanagawa Motoi、Kobayashi Kazuhiro、Toda Tatsushi
  • Journal Title: Acta Neuropathologica Volume: 137 Pages: 455-466
  • DOI: 10.1007/s00401-019-01961-w
  • NAID: 120006599160
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nuclear envelope localization of PIG-B is essential for GPI-anchor synthesis in Drosophila (2018)
  • Author(s): Yamamoto-Hino Miki、Katsumata Eri、Suzuki Emiko、Maeda Yusuke、Kinoshita Taroh、Goto Satoshi
  • Journal Title: Journal of Cell Science Volume: 131 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1242/jcs.218024
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Genetic Analyses of Elys Mutations in Drosophila Show Maternal-Effect Lethality and Interactions with Nucleoporin Genes (2018)
  • Author(s): Hirai Kazuyuki、Wang Zhuo、Miura Kohei、Hayashi Takaaki、Awasaki Takeshi、Wada Moe、Keira Yoko、Ishikawa Hiroyuki O.、Sawamura Kyoichi
  • Journal Title: G3 (Bethesda) Volume: 8 Pages: 2421-2431
  • DOI: 10.1534/g3.118.200361 10.1534/G3.118.200361
  • NAID: 120006522941
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Transsynaptic Binding of Orphan Receptor GPR179 to Dystroglycan-Pikachurin Complex Is Essential for the Synaptic Organization of Photoreceptors (2018)
  • Author(s): Orlandi Cesare、Omori Yoshihiro、Wang Yuchen、Cao Yan、Ueno Akiko、Roux Michel J.、Condomitti Giuseppe、de Wit Joris、Kanagawa Motoi、Furukawa Takahisa、Martemyanov Kirill A.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 25 Pages: 130-145
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2018.08.068
  • NAID: 120006531168
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] In silico drug screening by using genome-wide association study data repurposed dabrafenib, an anti-melanoma drug, for Parkinson’s disease (2018)
  • Author(s): Uenaka Takeshi、Satake Wataru、Cha Pei-Chieng、Hayakawa Hideki、Baba Kousuke、Jiang Shiying、Kobayashi Kazuhiro、Kanagawa Motoi、Okada Yukinori、Mochizuki Hideki、Toda Tatsushi
  • Journal Title: Hum Mol Genet Volume: 27 Pages: 3974-3985
  • DOI: 10.1093/hmg/ddy279
  • NAID: 120006549191
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] CDP-glycerol inhibits the synthesis of the functionalO-mannosyl glycan of α-dystroglycan (2018)
  • Author(s): Imae Rieko、Manya Hiroshi、Tsumoto Hiroki、Osumi Kenji、Tanaka Tomohiro、Mizuno Mamoru、Kanagawa Motoi、Kobayashi Kazuhiro、Toda Tatsushi、Endo Tamao
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 293 Pages: 12186-12198
  • DOI: 10.1074/jbc.ra118.003197
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cell surface flip-flop of phosphatidylserine is critical for PIEZO1-mediated myotube formation (2018)
  • Author(s): Tsuchiya Masaki、Hara Yuji、Okuda Masaki、Itoh Karin、Nishioka Ryotaro、Shiomi Akifumi、Nagao Kohjiro、Mori Masayuki、Mori Yasuo、Ikenouchi Junichi、Suzuki Ryo、Tanaka Motomu、Ohwada Tomohiko、Aoki Junken、Kanagawa Motoi、Toda Tatsushi、Nagata Yosuke、Matsuda Ryoichi、Takayama Yasunori、Tominaga Makoto、Umeda Masato
  • Journal Title: Nature Commun Volume: 9 Pages: 2019-2019
  • DOI: 10.1038/s41467-018-04436-w
  • NAID: 120006473641
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cell endogenous activities of fukutin and FKRP coexist with the ribitol xylosyltransferase, TMEM5. (2018)
  • Author(s): Nishihara, R., Kobayashi, K., Imae, R., Tsumoto, H., Manya, H., Mizuno, M., Kanagawa, M., Endo, T., and Toda, T.
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun. Volume: 497 Pages: 1025-1030
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.02.162
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ribitol-phosphate-a newly identified posttranslational glycosylation unit in mammals: structure, modification enzymes and relationship to human diseases (2018)
  • Author(s): Kanagawa Motoi、Toda Tatsushi
  • Journal Title: J Biochem. Volume: 163 Pages: 359-369
  • DOI: 10.1093/jb/mvy020
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Temporal requirement of dystroglycan glycosylation during brain development and rescue of severe cortical dysplasia via gene delivery in the fetal stage (2018)
  • Author(s): Sudo Atsushi、Kanagawa Motoi、Kondo Mai、Ito Chiyomi、Kobayashi Kazuhiro、Endo Mitsuharu、Minami Yasuhiro、Aiba Atsu、Toda Tatsushi
  • Journal Title: Human Mol. Genet. Volume: 27 Pages: 1174-1185
  • DOI: 10.1093/hmg/ddy032
  • NAID: 120006459805
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Muscular Dystrophy with Ribitol-Phosphate Deficiency: A Novel Post-Translational Mechanism in Dystroglycanopathy (2017)
  • Author(s): Kanagawa Motoi、Toda Tatsushi
  • Journal Title: J Neuromuscul Dis Volume: 4 Pages: 259-267
  • DOI: 10.3233/jnd-170255
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The Ror1 receptor tyrosine kinase plays a critical role in regulating satellite cell proliferation during regeneration of injured muscle (2017)
  • Author(s): Kamizaki Koki、Doi Ryosuke、Hayashi Makoto、Saji Takeshi、Kanagawa Motoi、Toda Tatsushi、Fukada So-ichiro、Ho Hsin-Yi Henry、Greenberg Michael Eldon、Endo Mitsuharu、Minami Yasuhiro
  • Journal Title: J Biol Chem Volume: 292 Pages: 15939-15951
  • DOI: 10.1074/jbc.m117.785709
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] An organelle zone executing a posttranslational modification of proteins (2019)
  • Author(s): Satoshi Goto, Miki Yamamoto-Hino, Kohei Kawaguchi, Masaya Ono
  • Organizer: Joint Annual Meeting of the 71th JSCB and 19th PSSJ
• [Presentation] 複合糖質の合成・輸送・分解を担うオルガネラゾーン (2019)
  • Author(s): 後藤聡
  • Organizer: 第38回 日本糖質学会年会
• [Presentation] GPI修飾を司る翻訳後修飾ゾーン (2019)
  • Author(s): 後藤聡、山本（日野）美紀、川口紘平、尾野雅哉、木下タロウ、古川和弘
  • Organizer: 第42回 日本分子生物学会年会
• [Presentation] Coupling of translation and GPI modification (2019)
  • Author(s): Kohei Kawaguchi, Miki Yamamoto-Hino, Masaya Ono, Yoshiko Murakami, Taroh Kinoshita, Satoshi Goto
  • Organizer: 第42回 日本分子生物学会年会
• [Presentation] Organelle zones executing GPI modification in the nuclear envelope and the perinuclear ER (2018)
  • Author(s): Miki Yamamoto-Hino, Eri Katsumata, Emiko Suzuki, Yusuke Maeda, Taroh Kinoshita, Satoshi Goto
  • Organizer: ASCB/EMBO 2018 meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nuclear envelope localization of PIG-B is essential for glycosylphosphatidylinositol synthesis in Drosophila (2018)
  • Author(s): Miki Yamamoto-Hino, Eri Katsumata, Emiko Suzuki, Yusuke Maeda, Taroh Kinoshita, Satoshi Goto
  • Organizer: FEBS advanced course, The 2018 Golgi meeting: Membrane trafficking in cell organization and homeostasis
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Nuclear envelope localization of PIG-B is essential for glycosylphosphatidylinositol synthesis in Drosophila (2018)
  • Author(s): Miki Yamamoto-Hino, Eri Katsumata, Emiko Suzuki, Yusuke Maeda, Taroh Kinoshita, Satoshi Goto
  • Organizer: Gordon Research Conference, Glycolipid and Sphingolipid Biology
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Posttranslational zones in the ER and Golgi apparatus (2017)
  • Author(s): Satoshi Goto, Miki Yamamoto-Hino
  • Organizer: 生命科学系学会合同年次大会
  • Invited
• [Presentation] Nuclear envelope localization of PIG-B is essential for GPI anchor synthesis in Drosophila (2017)
  • Author(s): Miki Yamamoto-Hino, Eri Katsumata, Emiko Suzuki, Yusuke Maeda, Taro Kinoshita, Satoshi Goto
  • Organizer: 生命科学系学会合同年次大会
• [Presentation] GPI合成酵素PIG-Bの細胞内局在に関する解析 (2017)
  • Author(s): 山本（日野）美紀、前田祐輔、木下タロウ、後藤聡
  • Organizer: 第６９回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] Localization of PIG-B involved in GPI anchr synthesis in Drosophila (2017)
  • Author(s): Miki Yamamoto-Hino, Satoshi Goto
  • Organizer: The 4th Asia-Pacific Drosophila Research Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] ショウジョウバエ細胞のゴルジ体におけるリン酸化ゾーン (2017)
  • Author(s): 石川裕之
  • Organizer: 生命科学系学会合同年次大会
  • Invited
• [Presentation] Identification of the Drosophila ecto-phosphatase Nekomata (2017)
  • Author(s): Yoko Kubo, Yuka Doi, Hiroyuki O. Ishikawa
  • Organizer: 生命科学系学会合同年次大会
• [Presentation] ショウジョウバエ組織形成におけるゴルジ体キナーゼFour-jointedの細胞内局在のダイナミクス (2017)
  • Author(s): 石川裕之、明石孝平、計良陽子
  • Organizer: 第88回日本動物学会大会
• [Presentation] 核膜孔複合体タンパク質ELYSの変異によるショウジョウバエの発生異常 (2017)
  • Author(s): 澤村京一、平井和之、Wang Zhuo、粟崎健、和田萌、計良陽子、石川 裕之
  • Organizer: 日本遺伝学会第89回大会
• [Presentation] Involvement of the ecto-phosphatase Nekomata in planar cell polarity (2017)
  • Author(s): Yoko Kubo, Yuka Doi, Hiroyuki O. Ishikawa
  • Organizer: The 4th Asia Pacific Drosophila Research Conference
• [Presentation] An overexpression screen identifies genes that regulate intercellular signaling (2017)
  • Author(s): Moe Wada, Tomoko Tanaka, Yuka Doi, Hiroyuki O. Ishikawa
  • Organizer: 58th Annual Drosophila Research Conference
  • Invited
• [Presentation] Mechanobiology of muscle and sugar chain (2017)
  • Author(s): Motoi Kanagawa,
  • Organizer: The 3rd International Symposium on Mechanobiology
• [Presentation] 筋ジストロフィー発症に関わる糖鎖構造の解明と修飾酵素の同定 (2017)
  • Author(s): 金川 基
  • Organizer: 生命科学系学会合同年次大会
• [Remarks] 立教大学理学部後藤研究室
  • URL: http://goto-lab.net/
• [Remarks] 千葉大学 大学院理学研究院 生物学教室 発生遺伝学研究室
  • URL: http://life.s.chiba-u.jp/ishikawa/
• [Remarks] 神戸大学医学研究科分子脳科学
  • URL: http://www.med.kobe-u.ac.jp/clgene/