ユビキチン修飾系による膜タンパク質の輸送制御機構

• Project Area: New aspect of the ubiquitin system : its enormous roles in protein regulation
• Project/Area Number: 24112003
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 駒田 雅之 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (10225568)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石戸 聡 昭和薬科大学, 薬学部, 教授 (10273781)
• Project Fiscal Year: 2012-06-28 – 2017-03-31
• Project Status: Granted(Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥146,770,000 (Direct Cost : ¥112,900,000、Indirect Cost : ¥33,870,000); Fiscal Year 2016 : ¥28,080,000 (Direct Cost : ¥21,600,000、Indirect Cost : ¥6,480,000); Fiscal Year 2015 : ¥28,080,000 (Direct Cost : ¥21,600,000、Indirect Cost : ¥6,480,000); Fiscal Year 2014 : ¥28,210,000 (Direct Cost : ¥21,700,000、Indirect Cost : ¥6,510,000); Fiscal Year 2013 : ¥28,080,000 (Direct Cost : ¥21,600,000、Indirect Cost : ¥6,480,000); Fiscal Year 2012 : ¥34,320,000 (Direct Cost : ¥26,400,000、Indirect Cost : ¥7,920,000)
• Keywords: 蛋白質 / 酵素 / 細胞・組織 / 癌 / 免疫学 / ユビキチン / 脱ユビキチン化酵素 / エンドサイトーシス / 受容体ダウンレギュレーション / 腫瘍 / MHC class II / 樹状細胞 / 抗原提示 / タンパク質

Outline of Annual Research Achievements

クッシング病をひき起こす脳下垂体腫瘍において、脱ユビキチン化酵素USP8の14-3-3タンパク質結合モチーフRSYSSPに体細胞ホットスポット変異を見出した。USP8変異体の機能解析を行った結果、変異体は14-3-3タンパク質結合能を喪失しており、その結果、14-3-3結合モチーフのN末端側で分子切断を受けやすくなっていた。切断により生じたC末端側の40-kDa領域（C40）はほぼ酵素活性ドメインのみからなり、全長型USP8に比べ高い酵素活性を獲得していた。C40は、上皮細胞増殖因子（EGF）刺激した細胞においてユビキチン化されたEGF受容体を過度に脱ユビキチン化することにより、活性化されたEGF受容体のリソソーム輸送/分解（ダウンレギュレーション）を阻害した。その結果、活性化EGF受容体が細胞膜上に残存して細胞増殖シグナルを持続的に発信することで、脳下垂体細胞の腫瘍形成を誘導することが明らかとなった。
　また、免疫応答におけるMHC class II（MHC-II）のユビキチン化の消失意義を検討する目的で、MHC-IIが恒常的にユビキチン化されているマウスを作成した。このマウスではMHC-IIによる免疫応答が低下していた。さらに、このマウスの定常状態の末梢血中にB細胞数の低下を認めた。このB細胞数の低下はMHC-II欠損マウスでは顕著に見られなかった。これらの結果から、MHC-IIのユビキチン化消失が適正な免疫応答に必須であることが明らとなり、さらに定常状態における末梢でのB細胞数の維持にも重要であることが明らかとなった。

Current Status of Research Progress

Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本研究課題の採択時の交付申請書に、「ユビキチン化修飾による細胞膜タンパク質のダウンレギュレーション（リソソーム輸送・分解）の生理的、病理的な意義を解明する」と記載したが、昨年度までに、細胞膜タンパク質のリソソーム輸送を調節する脱ユビキチン化酵素USP8の遺伝子変異がクッシング病をひき起こすことを見出し、その変異によるクッシング病の発症機構を解明した。クッシング病にはこれまで有効な治療薬がないことから、本疾患は厚生労働省の特定疾患（いわゆる難病）に指定されており、治療薬の開発に向けてその発症メカニズムの解明が待ち望まれていた。
　これは、本課題採択時には予想できなかった医学的に大きな波及効果をもたらす研究成果であることから、本研究科は期待以上に進捗していると考えている。

Research Output

• [Journal Article] Mutations in the deubiquitinase gene USP8 cause Cushing’s disease (2015)
  • Author(s): Reincke M, Sbiera S, Hayakawa A, Theodoropoulou M, Osswald A, Beuschlein F, Meitinger T, Mizuno-Yamasaki E, Kawaguchi K, Saeki Y, Tanaka K, Wieland T, Graf E, Saeger W, Ronchi CL, Allolio B, Buchfelder M, Strom TM, Fassnacht M & Komada M
  • Journal Title: Nat. Genet. Volume : 47 Pages : 31-38
  • DOI: 10.1038/ng.3166
• [Journal Article] The nucleolar ubiquitin-specific protease USP36 deubiquitinates and stabilizes c-Myc (2015)
  • Author(s): Sun XX, He X, Yin L, Komada M, Sears RC & Dai MS
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. USA Volume : 112 Pages : 3734-3739
  • DOI: 10.1073/pnas.1411713112
• [Journal Article] 見えてきたユビキチンを介する核小体の多彩な機能 (2015)
  • Author(s): 川口紘平、駒田雅之
  • Journal Title: ファルマシア Volume : 51 Pages : 300-304
• [Journal Article] 難病“クッシング病”発症の分子メカニズム (2015)
  • Author(s): 川口紘平、駒田雅之
  • Journal Title: バイオサイエンスとインダストリー Volume : 73 Pages : 印刷中
• [Journal Article] Ubiquitin-interacting motifs confer full catalytic activity, but not ubiquitin chain substrate specificity, to deubiquitinating enzyme USP37 (2014)
  • Author(s): Tanno, H., Shigematsu, T., Nishikawa, S., Hayakawa, A., Denda, K., Tanaka, T., and Komada, M.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume : 289 Pages : 2415-2423
  • DOI: 10.1074/jbc.M113.528372
• [Journal Article] In vivo assembly of the axon initial segment in motor neurons (2014)
  • Author(s): Le Bras, B., Freal, A., Czarnecki, A., Legendre, P., Bullier, E., Komada, M., Brophy, P.J., Davenne, M., and Couraud, F.
  • Journal Title: Brain Struct. Funct. Volume : 未定 Pages : 未定
  • DOI: 10.1007/s00429-013-0578-7
• [Journal Article] Loss of MHC II ubiquitination inhibits the activation and differentiation of CD4 T cells (2014)
  • Author(s): Ishikawa, R., Kajikawa, M., and Ishido, S.
  • Journal Title: Int. Immunol. Volume : 未定 Pages : 未定
  • DOI: 10.1093/intimm/dxt066
• [Journal Article] ERK-dependent downregulation of Skp2 reduces Myc activity with HGF, leading to inhibition of cell proliferation through a decrease in Id1 expression (2013)
  • Author(s): Li, X., Bian, Y., Takizawa, Y., Hashimoto, T., Ikoma, T., Tanaka, J., Kitamura, N., Inagaki, Y., Komada, M., and Tanaka, T.
  • Journal Title: Mol. Cancer Res. Volume : 11 Pages : 1437-1447
  • DOI: 10.1158/1541-7786.MCR-12-0718
• [Journal Article] Involvement of Src in the membrane skeletal complex, MPP6-4.1G, in Schmidt-Lanterman incisures of mouse myelinated nerve fibers in PNS (2013)
  • Author(s): Terada, N., Saitoh, Y., Ohno, N., Komada, M., Yamauchi, J., and Ohno S.
  • Journal Title: Histochem. Cell Biol. Volume : 140 Pages : 213-222
  • DOI: 10.1007/s00418-012-1073-6
• [Journal Article] The ubiquitin code and its decoding machinery in the endocytic pathway (2013)
  • Author(s): Tanno, H. and Komada, M.
  • Journal Title: J. Biochem. Volume : 153 Pages : 497-504
  • DOI: 10.1093/jb/mvt028
• [Journal Article] ユビキチン化によるFrizzledのリソソーム分解を介した Wntシグナル強度の制御 (2013)
  • Author(s): Daocharad Burana, 後藤聡, 駒田雅之
  • Journal Title: 細胞工学 Volume : 32 Pages : 396-400
• [Journal Article] MITOL regulates endoplasmic reticulum-mitochondria contacts via Mitofusin2 (2013)
  • Author(s): Sugiura, A., Nagashima, S., Tokuyama, T., Amo, T., Matsuki, Y., Ishido, S., Kudo, Y., McBride, HM., Fukuda, T., Matsushita, N., Inatome, R., and Yanagi, S.
  • Journal Title: Mol. Cell Volume : 15 Pages : 20-34
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2013.04.023
• [Presentation] 脱ユビキチン化酵素USP8の機能獲得型変異がクッシング病を引き起こす (2015)
  • Author(s): 駒田雅之
  • Organizer: 第26回 間脳・下垂体・副腎系研究会・教育講演
  • Place of Presentation: ロシュ・ダイアグノスティックス 本社（東京都）
• [Presentation] 脱ユビキチン化酵素の機能獲得型変異によるヒト腫瘍の発症機構 (2014)
  • Author(s): Martin Reincke、Silviu Sbiera、早川哲、Marily Theodoropoulou、Andrea Osswald、Felix Beuschlein、Thomas Meitinger、水野-山崎英美、佐伯泰、田中啓二、Thomas Wieland、 Elisabeth Graf、Wolfgang Saeger、Cristina Ronchi、Bruno Allolio、Michael Buchfelder、Tim Strom、Martin Fassnachat、駒田雅之
  • Organizer: 第37回 日本分子生物学会大会・一般ポスター発表
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県）
• [Presentation] 核小体ストレス応答における分解性及び非分解性ユビキチン化修飾の機能解析 (2014)
  • Author(s): 川口紘平、齊藤尚吾、早川哲、田中利明、山本章嗣、駒田雅之
  • Organizer: 第37回 日本分子生物学会大会・ワークショップ
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県）
• [Presentation] Ankrd13 family of ubiquitin-binding proteins regulates VCP function in endosomal sorting of caveolin-1 (2014)
  • Author(s): Burana Daocharad、丹野秀崇、駒田雅之
  • Organizer: 第37回 日本分子生物学会大会・一般ポスター発表
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県）
• [Presentation] Impairment of ubiquitination-dependent receptor downregulation in human tumor (2014)
  • Author(s): Masayuki Komada
  • Organizer: 新学術領域「ユビキチン制御」第1回 国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 国際高等研究所（京都府）
• [Presentation] ヒト腫瘍におけるユビキチン化依存的な増殖因子受容体ダウンレギュレーションの破綻 (2014)
  • Author(s): 駒田雅之、早川哲、水野-山崎英美
  • Organizer: 第87回 日本生化学会大会・シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都国際会館（京都府）
• [Presentation] 核小体ストレス応答における分解性及び非分解性ユビキチン化修飾の機能解析 (2014)
  • Author(s): 川口紘平、齊藤尚吾、早川哲、田中利明、山本章嗣、駒田雅之
  • Organizer: 第87回 日本生化学会大会・一般口頭発表
  • Place of Presentation: 京都国際会館（京都府）
• [Presentation] Impaired receptor downregulation in Cushing’s disease (2014)
  • Author(s): Masayuki Komada
  • Organizer: Improving Outcome of Cushing´s Syndrome Symposium “IMPROCUSH”
  • Place of Presentation: Carl Friedrich von Siemens Stiftung（ドイツ・ミュンヘン）
• [Presentation] Loss of MHC II ubiquitination induces negative consequence to dendritic cells (2014)
  • Author(s): Satoshi Ishido
  • Organizer: 8th International Workshop on Antigen Processing & Presentation
  • Place of Presentation: フィラデルフィア（アメリカ合衆国）
• [Presentation] Endosomal interaction of VCP/p97 with Ankrd13 family of ubiquitin-binding proteins (2013)
  • Author(s): 駒田雅之
  • Organizer: 第36回 日本分子生物学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫）
• [Presentation] 脱ユビキチン化酵素USP36の核小体局在を阻害する化合物の同定と解析 (2013)
  • Author(s): 齊藤尚吾、川口紘平、本田香織、近藤恭光、斎藤臣雄、長田裕之、駒田雅之
  • Organizer: 第36回 日本分子生物学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫）
• [Presentation] Negative regulation of mammary epithelial cell proliferation by protein kinase Nrk (2013)
  • Author(s): 柳川享世、稲谷卓也、伝田公紀、駒田雅之
  • Organizer: 第36回 日本分子生物学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫）
• [Presentation] ツメガエル初期胚の尾部形成における母性Cyclin Eタンパク質分解とエピジェネティック制御の関係 (2013)
  • Author(s): 田中利明、駒田雅之
  • Organizer: 第36回 日本分子生物学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫）
• [Presentation] Interaction of Ankrd13 family of ubiquitin-binding proteins with VCP/p97 is implicated in endosomal sorting of caveolin-1 (2013)
  • Author(s): Daocharad Burana、丹野秀崇、駒田雅之
  • Organizer: 第36回 日本分子生物学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫）
• [Presentation] 脱ユビキチン化酵素USP37の活性にはたすユビキチン結合モチーフUIMの役割 (2013)
  • Author(s): 重松壮、西川周平、丹野秀崇、駒田雅之
  • Organizer: 第36回 日本分子生物学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫）
• [Presentation] 分娩発来をもたらす胎盤特異的なプロテインキナーゼNrkが与るシグナル伝達 (2013)
  • Author(s): 伝田公紀、井田加奈子、廣崎賢、岡本直樹、柳川享世、林宣宏、駒田雅之
  • Organizer: 第36回 日本分子生物学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場（兵庫）
• [Presentation] Roles of the Ankrd13 family of ubiquitin-binding proteins in the endocytic pathway (2013)
  • Author(s): 駒田雅之、丹野秀崇、Daocharad Burana、奥谷幸平
  • Organizer: 第86回 日本生化学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川）
• [Presentation] Roles of Ankrd13, a family of UIM-bearing proteins, in the endocytic pathway (2013)
  • Author(s): 駒田雅之
  • Organizer: 第35回 内藤コンファレンス
  • Place of Presentation: シャトレーゼ ガトーキングダム（北海道）
• [Presentation] Loss of MHC class II ubiquitination negatively regulates dendritic cells (2013)
  • Author(s): 石戸聡
  • Organizer: 第35回 内藤コンファレンス
  • Place of Presentation: シャトレーゼ ガトーキングダム（北海道）
• [Presentation] ユビキチン化と脱ユビキチン化によるストレス顆粒の制御 (2013)
  • Author(s): 松本俊介、解玄、駒田雅之
  • Organizer: 第65回 日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: ウインクあいち（愛知県）
• [Remarks] 東京工業大学 大学院生命理工学研究科 駒田研究室 ホームページ
  • URL: http://www.komada-lab.bio.titech.ac.jp
• [Remarks] 昭和薬科大学 薬学部 統合感染免疫学研究室 ホームページ
  • URL: http://www.shoyaku.ac.jp/labosite/kansen/index.html
• [Remarks] 東京工業大学ホームページ「研究最前線」
  • URL: http://www.titech.ac.jp/news/2014/029324.html
• [Remarks] 駒田研究室ホームページ
  • URL: http://www.komada-lab.bio.titech.ac.jp
• [Remarks] 駒田研究室ホームページ
  • URL: http://www.bio.titech.ac.jp/laboratory/komada/index.html
• [Remarks] 石戸研究室ホームページ
  • URL: http://www.shoyaku.ac.jp/labosite/kansen/index.html