カルパインの細胞内活性化機構の解析

• 研究課題/領域番号: 14380309
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機能生物化学
• 研究機関: (財)東京都高齢者研究・福祉振興財団
• 研究代表者: 猪股 光司 (2003-2004) 財団法人東京都高齢者研究, 福祉振興財団・東京都老人総合研究所, 研究員 (30142649); 鈴木 紘一 (2002) 財団法人東京都高齢者研究, 福祉振興財団・東京都老人総合研究所, 所長 (80011948)
• 研究分担者: 反町 洋之 財団法人東京都医学研究機構, 東京都臨床医学総合研究所, 副参事研究員 (10211327) ; 猪股 光司 財団法人東京都高齢者研究, 福祉財団・分子老化学系・生体膜機能研究グループ, 主任研究員 (30142649)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 14,900千円 (直接経費: 14,900千円); 2004年度: 2,900千円 (直接経費: 2,900千円); 2003年度: 5,000千円 (直接経費: 5,000千円); 2002年度: 7,000千円 (直接経費: 7,000千円)
• キーワード: カルパイン / カルシウム / 細胞骨格 / カルパスタチン / フォドリン / タリン / モジュレータプロテアーゼ / GFP / プロテアーゼ / 活性化機構 / ドメイン

研究概要

Ca^<2+>の関与する様々な細胞機能に必須の役割を果たす細胞質内「モジュレータプロテアーゼ」カルパインは、その機能の重要さ故に活性不全により、筋ジストロフィー、虚血性疾患、がん、糖尿病、白内障、アルツハイマー病など様々な病態の発症に関与する。これらの病的状態において、カルパインの活性阻害が症状の軽減につながることが、様々な例で報告されている。カルパスタチンは内在性のカルパイン阻害タンパク質であり、その特異性、阻害活性において最も優れたものであるため、これを元にした改変タンパク質の利用が興味深い。本研究では、サブユニットへの解離と活性化の関係、その細胞内の部位の同定、そしてその活性化機構について、カルパスタチンとの関係にも注目しながら解析し、カルパインの活性化におけるサブユニットの解離に焦点を絞った解析を行い、カルパインの活性化の分子機構の解明を目指した。カルパインのプロテアーゼドメイン(II)を大腸菌に発現させて、その性質を調べ、また、培養細胞発現系などを用いてカルパインのサブユニット解離の動態を解析した。その結果、カルパインの自己消化は活性化に必要な過程ではなく、むしろサブユニットの解離を促進し、基質の特異性や局在などを変化させ、制御サブユニットに新たな生理機能をもたらす可能性を明らかにした。さらに、EGFPタグを付けたC105S不活性型m-カルパインなどを用いて、培養細胞とカルシウムイオノフォアをはじめとする様々な刺激により、カルパインの動態を解析した。その結果、フォドリンやタリンなどの細胞骨格系のタンパク質の切断に、m-及びμ-カルパインがディファレンシャルに関与しており、その切断は膜上で行われ、カルパスタチンではほとんど阻害されないことが明らかとなった。

研究成果

• [雑誌論文] Involvement of calpain in osteoclastic bone resorption (2005)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, M., Koshihara, Y., Ishibashi, H., Yamamoto, S., Tsubuki, S., Saido, TC., Kawashima, S., Inomata, M.
  • 雑誌名: J.Biochem 137 ページ: 331-338
  • NAID: 10017343863
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Inhibitory NK receptor Ly49Q is expressed on subsets of dendritic cells in a cellular maturation-and cytokine stimulation-dependent manner. (2005)
  • 著者名/発表者名: Toyama-Sorimachi, N., Omatsu, Y., Onoda, A., Tsujimura, Y., Iyoda, T., Maki, A., Sorimachi, H., Dohi, T., Taki, S., Inaba, K., Karasuyama, H.
  • 雑誌名: J.Immun. 174 ページ: 4621-4629
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Involvement of calpain in osteoclastic bone resorption. (2005)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, M., Koshihara, Y., Ishibashi, H., Yamamoto.S., Tsubuki, S., Saido, T.C., Kawashima, S., Inomata, M.
  • 雑誌名: J.Biochem. 137 ページ: 331-338
  • NAID: 10017343863
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Possible functions of p94 in connectin-mediated signaling pathways in skeletal muscle cells (2005)
  • 著者名/発表者名: Ojima, K., Ono, Y., Hata, S., Koyama, S., Doi, N., Sorimachi, H.
  • 雑誌名: J.Muscle Res.Cell Motil (in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Involvement of calpain in osteoclastic bone resorption (2005)
  • 著者名/発表者名: Hayashi, M., Koshihara, Y., Ishibashi, H., Yamamoto, S., Tsubuki, S., Saido, TC., Kawashima, S., Inomata, M.
  • 雑誌名: J.Biochem. 137 ページ: 331-338
  • NAID: 10017343863
• [雑誌論文] Calpain. (2004)
  • 著者名/発表者名: Sorimachi, H., Ono, Y.
  • 雑誌名: Encyclopedia of Biological Chemistry(eds., W.J.Lennarz, M.D.Lane)(Elsevier, Oxford) 1 ページ: 300-306
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Degradation of fodrin by m-calpain in fibroblasts adhering to fibrillar collagen I gel. (2004)
  • 著者名/発表者名: Sato, K., Hattori, S., Irie, S., Sorimachi, H., Inomata, M., Kawashima, S.
  • 雑誌名: J.Biochem. 136 ページ: 777-785
  • NAID: 10016204238
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Neoculin as a New Taste-modifying Protein Occurring in the Fruit of Curculigo latifolia. (2004)
  • 著者名/発表者名: Shirasuka, Y., Nakajima, K., Asakura, T., Yamashita, H., Yamamoto, A., Hata, S., Nagata, S., Abo, M., Sorimachi, H., Abe, K.
  • 雑誌名: Biosci.Biotechnol.Biochem. 68 ページ: 1403-1407
  • NAID: 10013287069
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Induction and myofibrillar targeting of CARP, and suppression of the Nkx2.5 pathway in the MDM mouse with impaired titin-based signaling. (2004)
  • 著者名/発表者名: Witt, C.C.^*, Ono, Y.^*, Puschmann, E., McNabb, M., Wu, Y., Gotthardt, M., Witt, S.H., Haak, M., Labeit, D., Gregorio, C.C., Sorimachi, H., Granzier, H., Labeit, S.
  • 雑誌名: J.Mol.Biol. 336 ページ: 145-154
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Possible regulation of the conventional calpain system by skeletal muscle-specific calpain, p94/calpain3. (2004)
  • 著者名/発表者名: Ono, Y., Kakinuma, K., Torii, F., Irie, A., Nakagawa, K., Labeit, S., Abe, K., Suzuki, K., Sorimachi, H.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279 ページ: 2761-2771
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Calpain. (2004)
  • 著者名/発表者名: Sorimachi, H., Ono, Y.
  • 雑誌名: Encyclopedia of Biological Chemistry(eds., W.J.Lennarz, M.D.Lane)(Elsevier, Oxford) vol.1 ページ: 300-306
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Induction and myofibrillar targeting of CARP, and suppression of the Nkx2.5 pathway in the MDM mouse with impaired titin-based signaling. (2004)
  • 著者名/発表者名: Witt, C.C.^*, Ono, Y.^*, Puschmann, E., McNabb, M., Wu, Y., Gotthardt, M., Witt, S.H., Haak, M., Labeit, D., Gregorio, C.C., Sorimachi, H., Granzier, H., Labeit, S.(^*equally contributed first authors)
  • 雑誌名: J.Mol.Biol. 336 ページ: 145-154
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Possible regulation of the conventional calpain system by skeletal muscle-specific calpain, p94/calpain 3. (2004)
  • 著者名/発表者名: Ono, Y., Kakinuma, K., Torii, F., Irie, A., Nakagawa, K., Labeit, S., Abe, K., Suzuki, K., Sorimachi, H.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279 ページ: 2761-2771
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Structure, activation, and biology of calpain. (2004)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, K., Hata, S., Kawabata, Y., Sorimachi, H.
  • 雑誌名: Diabetes 53
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Calpain. (2004)
  • 著者名/発表者名: Sorimachi, H., Ono, Y.
  • 雑誌名: Encyclopedia of Biological Chemistry(Elsevier, Oxford ; eds., W.J.Lennarz, M.D.Lane) 1 ページ: 300-306
• [雑誌論文] Neoculin as a New Taste-modifying Protein Occurring in the Fruitof Curculigo latifolia. (2004)
  • 著者名/発表者名: Shirasuka, Y., Nakajima, K., Asakura, T., Yamashita, H., Yamamoto, A., Hata, S., Nagata, S., Abo, M., Sorimachi, H., Abe, K.
  • 雑誌名: Biosci.Biotechnol.Biochem. 68 ページ: 1403-1407
• [雑誌論文] Induction and myofibrillar targeting of CARP, and suppression of the Nkx2.5 pathway in the MDM mouse with impaired titin-based signaling. (2004)
  • 著者名/発表者名: Witt, C.C., Ono, Y., Puschmann, E., McNabb, M., Wu, Y., Gotthardt, M., Witt, S.H., Haak, M., Labeit, D., Gregorio, C.C., Sorimachi, H., Granzier, H., Labei, S.
  • 雑誌名: J.Mol.Biol. 336 ページ: 145-154
• [雑誌論文] Newly identified exons encoding novel variants of p94/calpain3 are expressed ubiquitously and overlap the α-glucosidase C gene. (2003)
  • 著者名/発表者名: Kawabata, Y., Hata, S., Ono, Y., Ito, Y., Suzuki, K., Abe, K., Sorimachi, H.
  • 雑誌名: FEBS Lett. 555 ページ: 623-630
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Heterogeneous nuclear ribonucleoprotein K interacts with and is proteolyzed by calpain in vivo. (2003)
  • 著者名/発表者名: Kimura, E., Abe, K., Suzuki, K., Sorimachi, H.
  • 雑誌名: Biosci.Biotechnol.Biochem. 67 ページ: 3786-1796
  • NAID: 110002694302
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Flexibility analysis and structure comparison of two crystal forms of calcium-free human m-calpain. (2002)
  • 著者名/発表者名: Reverter, D., Braun, M., Femandez-Catalan, C., Strobl, S., Sorimachi, H., Bode, W.
  • 雑誌名: Biol Chem. 383 ページ: 1415-1422
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] C/EBP_is required for proteolytic cleavage of cyclin A by calpain 3 in myeloid precursor cells. (2002)
  • 著者名/発表者名: Welm, A., L, Timchenko, N.A., Ono, Y., Sorimachi, H., Radomska, H.S., Tenen, D.G., Lekstrom-Himes, J., Darlington, G.J.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 277 ページ: 33848-33856
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Defects of non-lysosomal proteolysis : Calpain3 deficiency. (2002)
  • 著者名/発表者名: Sorimachi, H., Beckmann, J.S.
  • 雑誌名: Structural and Molecular Basis of Skeletal Muscle Diseases(ed., Karpati.G.) (ISN Neuropath.Press.Basel) ページ: 148-153
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Stable expression of calpain 3 from a muscle transgene in vivo : Immature muscle in transgenic mice suggests a role for calpain 3 in muscle maturation. (2002)
  • 著者名/発表者名: Spencer, M.J., Guyon, J.R., Sorimachi, H., Potts, A., Richard, I., Herasse, M., Chamberlain, J., Dalkilic, I., Kunkel, L.M., Beckmann, J.S.
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A. 929 ページ: 8874-8879
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Muscle-specific RING finger 1 interacts with titin to regulate sarcomeric M-line and thick filaments structure and may have nuclear functions via its interaction with glucocorticoid (2002)
  • 著者名/発表者名: McElhinny, A.S., Kakinuma, K., Sorimachi, H., Labeit, S., Gregorio, C.C.
  • 雑誌名: J.Cell Biol. 157 ページ: 125-136
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Comparison of Lp82- and m-calpain-mediated proteolysis during cataractogenesis in Shumiya cataract rat (SCR). (2002)
  • 著者名/発表者名: Inomata, M., Hayashi, M., Ito, Y., Matsubara, Y., Takehana, M., Kawashima, S., Shumiya, S.
  • 雑誌名: Curr.Eye Res. 25 ページ: 207-213
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Klotho protein deficiency leads to overactivation of μ-calpain. (2002)
  • 著者名/発表者名: Manya, H., Inomata, M., Fujimori, T., Domae, N., Sato, Y., Takio, K., Mabeshima, Y., Endo, T.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 277 ページ: 35503-35508
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Flexibility analysis and structure comparison of two crystal forms of calcium-free human m-calpain. (2002)
  • 著者名/発表者名: Reverter, D., Braun, M., Fernandez-Catalan, C., Strobl, S., Sorimuchi, H., Bode, W.
  • 雑誌名: Biol Chem. 383 ページ: 1415-1422
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] C/EBP_is required for proteolytic cleavage of cyclin A by calpain 3 in myeloid precursor cells. (2002)
  • 著者名/発表者名: Welm, A.L., Timchenko, N.A., Ono, Y., Sorimachi, H., Radomska, H.S., Tenen, D.G., Lekstrom-Himes, J., Darlington, G.J.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 277 ページ: 33848-33856
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Defects of non-lysosomal proteolysis : Calpain3 deficiency. (2002)
  • 著者名/発表者名: Sorimachi, H., Beckmann, J.S.
  • 雑誌名: Structural and Molecular Basis of Skeletal Muscle Diseases(ed, Karpati, G.)(ISN Neuropath.Press, Basel) ページ: 148-153
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Stable expression of calpain 3 from a muscle transgene in vivo : Immature muscle in transgenic mice suggests a role for calpain 3 in muscle maturation. (2002)
  • 著者名/発表者名: Spencer, M.J., Guyon, J.R., Sorimachi, H., Potts, A., Richard, I., Herasse, M., Chamberlain, J., Dalkilic, I., Kunkel, L.M., Beckmann, J.S.
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci.U.S.A. 99 ページ: 8874-8879
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Muscle-specific RING finger 1 interacts with titin to regulate sarcomeric M-line and thick filament structure and may have nuclear functions via its interaction with glucocorticoid modulatory element binding protein 1. (2002)
  • 著者名/発表者名: McElhinny, A.S., Kakinuma, K., Sorimachi, H., Labeit, S., Gregorio, C.C.
  • 雑誌名: J.Cell Biol. 157 ページ: 125-136
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Comparison of Lp82- and m-calpain-mediated proteolysis during cataractogenesis in Shumiya cataract rat(SCR). (2002)
  • 著者名/発表者名: Inomata, M., Hayashi, M., Ito, Y., Matsubara, Y., Takehana, M., Kawashima, S., Shumiya, S.
  • 雑誌名: Curr.Eye Res. 25 ページ: 207-213
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Klotho protein deficiency leads to overactivation of mu-calpain. (2002)
  • 著者名/発表者名: Manya, H., Inomata, M., Fujimori, T., Dohmae, N., Sato, Y., Takio, K., Nabeshima, Y., Endo, T.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 277 ページ: 35503-35508
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [文献書誌] Suzuki, K.: "Structure, activation, and biology of calpain."Diabetes. 53. S12-S18 (2004)
• [文献書誌] Witt, C.C.: "Induction and myofibrillar targeting of CARP, and suppression of the Nkx2.5 pathway in the MDM mouse with impaired titin-based signaling."J.Mol.Biol.. 336. 145-154 (2004)
• [文献書誌] Ono, Y.: "Possible regulation of the conventional calpain system by skeletal muscle-specific calpain, p94/calpain 3."J.Biol.Chem.. 279. 2761-2771 (2004)
• [文献書誌] Kawabata, Y.: "Newly identified exons encoding novel variants of p94/calpain 3 are expressed ubiquitously and overlap the α-glucosidase C gene."FEBS Lett.. 555. 623-630 (2003)
• [文献書誌] Kimura, E.: "Heterogeneous nuclear ribonucleoprotein K interacts with and is proteolyzed by calpain in vivo."Biosci.Biotechnol.Biochem.. 67. 1786-1796 (2003)
• [文献書誌] 小野弥子: "カルパインの機能制御と筋ジストロフィー"実験医学. 22. 199-204 (2004)
• [文献書誌] Hiwasa, T.: "Regulation of tissue transformed state by calpastatin via PKCε in NIH3T3 mouse fibroblasts"Biochem. Biophys. Res. Commun.. 290. 510-517 (2002)
• [文献書誌] 鈴木紘一: "カルパインファミリーメンバーの機能と疾患"Molecular Medicine. 39. 10-17 (2002)
• [文献書誌] Reverter D.: "Flexibility analysis and structure comparison of two crystal forms of calcium-free human m-calpain"Biol Chem.. 383. 1415-1422 (2002)
• [文献書誌] Welm AL.: "C/EBPalpha is required for proteolytic cleavage of cyclin A by calpain 3 in myeloid precursor cells"J Biol Chem.. 277. 33848-33856 (2002)
• [文献書誌] Spencer MJ.: "Stable expression of calpain 3 from a muscle transgene in vivo : immature muscle in transgenic mice suggests a role for calpain 3 in muscle maturation"Proc Natl Acad Sci USA. 99. 8874-8879 (2002)
• [文献書誌] Manya H.: "Klotho protein deficiency leads to overactivation of mu-calpain"J Biol Chem.. 277. 35503-35508 (2002)