ユビキチン-プロテアソーム経路における基質認識の多様性と細胞機能制御

• 研究課題/領域番号: 14704064
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 機能生物化学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 川原 裕之 北海道大学, 大学院・薬学研究科, 助教授 (70291151)
• 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: 21,580千円 (直接経費: 16,600千円、間接経費: 4,980千円); 2004年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円); 2003年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円); 2002年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
• キーワード: ユビキチン / プロテアソーム / アポトーシス / 生殖系列 / 細胞増殖 / Rpn10 / ユビキチンレセプター / 基質識別 / 蛋白質分解

研究概要

これまでに多くの細胞内蛋白質がユビキチン-プロテアソーム経路で代謝調節されることが明らかにされてきた。プロテアソームは総数50種以上のサブユニット群から構成された巨大な多成分複合体であり、主としてユビキチン化された標的蛋白質を選択的に分解するATP依存性プロテアーゼであるが、ポリユビキチン化された蛋白質が26Sプロテアソームにより認識される過程にどのような機構が存在しているかは現在まで明らかではない。本研究で我々はプロテアソームの基質識別サブユニットのひとつが、2型ユビキチン様蛋白質Scytheを介してプロテアソーム本体とシャペロン依存性ユビキチンリガーゼXchipとを結びつけるアダプター的役割を果たしていることを突き止めた。Scytheは種々のシャペロンと相互作用することが知られている抗アポトーシス蛋白質であるが、ユビキチン-プロテアソーム系との相互作用を不能にしたScythe蛋白質の発現は、細胞死の調節経路に重大な影響を与えることを我々は見出しつつある。すなわち我々は、Rpn10cとの結合に関与するScytheのN末端領域を解析し、それがタンデムに並ぶ連結した4つのユビキチン様ドメインからなり、少なくとも2つのドメインの存在がRpn10cとの結合に必要であることを明らかにした。現在、アポトーシス・発生など高等多細胞生物における高次機能に、シャペロン-プロテアソームシステムがどのように関与しているかについて研究を進めている。さらに本研究で我々は、線虫C.elegansを用いた解析から、ユビキチンレセプターサブユニットの一つがC.elegansの生殖系列の形成に必須であることを見い出した。例えば、我々はC.elegansのユビキチンレセプターサブユニットRpn10変異と合成効果を示す遺伝子としてユビキチン鎖伸長因子E4(UFD2)を見い出し、このRpn10-UFD2二重変異の親株は正常に生存できるが、生殖系列の減数分裂過程に異常を生じ不稔の表現型を示す。これらの研究を通して、ユビキチン経路の基質認識を基礎にした代謝的安定性の新しい制御機構を明らかにして細胞周期研究に新しい領域を開拓することを最終目標に研究を進めている。

研究成果

• [雑誌論文] Mammalian D-aspartyl endopeptidase : a scavenger for noxious racemized proteins in aging. (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Kinouchi, S.Ishiura, Y.Mabuchi他
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res Comm. 314 ページ: 730-736
• [雑誌論文] Girolline an antitumor compound isolated from a sponge, induces G2/M cell cycle arrest and accumulation of polyloiqutirated p53. (2004)
  • 著者名/発表者名: S.Tsukamoto, K.Yamashita, K.Tane他
  • 雑誌名: Biol.Pharm.Bull. 27 ページ: 699-701
• [雑誌論文] Intracellulary inducible, ubiquitin hydrdase insensitive tandem ubiquitins inhibit the 26S proteasome activity and cell cycle. (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Saeki, E.Isono, T.Oguchi, Y.Shimada他
  • 雑誌名: Genes Genet.Syst. 79 ページ: 77-86
• [図書] 遺伝学事典 (2005)
  • 著者名/発表者名: 川原 裕之(分担執筆)(東江, 徳永, 町田編)
  • 出版者: 朝倉書店(未定)
• [文献書誌] Sato N.et al.: "Phosphorelay-regulated degradation of the yeast Ssklp response regulator by the ubiquitin-proteasome system"Mol.Cell.Biol.. 23. 6662-6671 (2003)
• [文献書誌] Sakata E.et al.: "Parkin binds the Rpn10 subunit of 26S proteasome through its ubiquitin-like domain"EMBO Rep.. 4. 301-306 (2003)
• [文献書誌] Kawai et al.: "Regulation of ascidain Rel by its alternative splice variant"Eur.J.Biochem.. 270. 4459-4468 (2003)
• [文献書誌] Kinouchi T.et al.: "Mammalian D-aspartyl endopeptidase : a scavenger for noxious racemized protein in aging."Biochem.Biophys.Res.Comm.. 314. 730-736 (2004)
• [文献書誌] 佐伯泰, 川原裕之, 横沢英良: "ユビキチンと相互作用するドメイン構造"実験医学. 21. 340-345 (2003)
• [文献書誌] 川原裕之, 嶋田益弥: "ポストシークエンスタンパク質実験法 第4巻"東京化学同人. 20 (2003)
• [文献書誌] Kikukawa et al.: "The 26S proteasome rpn10 gene encoding splicing isoforms : evolutional conservation of genomic organisation"Biological Chemistry. 383. 1257-1261 (2002)
• [文献書誌] Shimada et al.: "Novel family of CCCH-type Zinc-finger proteins : MOE-1, -2 and -3, participate in C. elegans oocyte maturation"Gene to Cells. 7. 933-947 (2002)
• [文献書誌] Sakuta et al.: "Parkin binds the Rpn10 subunit of 26S proteasomes through its ubiquitin-like domain"EMBO Reports. 4(印刷中). (2003)