プロテアソームS5aサブユニットによるポリユビキチン鎖認識の立体構造学的研究

• 研究課題/領域番号: 15032248
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 横浜市立大学
• 研究代表者: 杤尾 豪人 横浜市立大学, 大学院・総合理学研究科, 助手 (70336593)
• 研究分担者: 白川 昌宏 京都大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00202119)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 4,300千円 (直接経費: 4,300千円); 2004年度: 2,100千円 (直接経費: 2,100千円); 2003年度: 2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
• キーワード: 蛋白質分解 / ユビキチン / プロテアソーム / NMR / ユビキチン結合モチーフ

研究概要

プロテアソームにより認識・分解されるためのシグナルとなるポリユビキチン鎖はユビキチンのLys48とCOOH末端によるイソペプチド結合を介してポリ化する。これとは別に、機能は不明瞭であるがLys63を介するポリユビキチン化も知られている。我々は、ユビキチン化酵素群(E1、E2)を使ったin vitro酵素反応により、Lys48リンク及びLys63リンクのジユビキチン及びテトラユビキチンを調製し、NMR、ESR、X線小角散乱法によってその立体構造を解析し、これらポリ化様式の違いによる立体構造の差異を明らかにした。これらの結果をまとめて論文を発表した。
ユビキチンは様々准分子と相互作用、複合体形成を行なうことにより、多用な生物学的機能を発揮することが知られているが、その分子認識の鍵となるのは、種々のユビキチン結合モチーフである。これらは、現在までに数種類が知られているが、我々はそのうちの一つ、UBA (ubiquitin associated)ドメインとユビキチンの複合体の立体構造を溶液NMR法によって決定し、分子認識機構を原子分解能で解明した。これはユビキチン-UBA複合体の最初の構造決定である。この結果については、Structure誌に発表した。
また、2003年にユビキチン結合モチーフであると示唆されたVHSドメインについてもユビキチンとの結合様式を原子分解能で調べるべく研究を開始した。STAM2蛋白質のVHSドメインの試料調製を行ない、NMRを使ってユビキチンとの相互作用実験を行なった。データの解析の結果、VHSの中の、どのアミノ酸残基がユビキチンと結合するかを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Structure of the UBA Domain of DsK2p in Complex with Ubiquitin : Molecular Determinants for Ubiquitin Recognition. (2005)
  • 著者名/発表者名: Ohno, A., Jee J.G., Fujiwara, K., Tenno, T., Goda, N., Tochio, H., Kobayashi, H., Hiroaki, H., Shirakawa, M.
  • 雑誌名: Structure (印刷中)
• [雑誌論文] Intracellular Phosphate serves as a signal for the regulation of the PHO pathway in Saccharomyces cerevisiae. (2004)
  • 著者名/発表者名: Auesukaree C, Homma T, Tochio H, Shirakawa M, Kaneko Y, Harashima S.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 279,17 ページ: 17289-17294
• [雑誌論文] Structure of the ubiquitin-interacting motif of S5a bound to the ubiquitin-like domain of HR23B. (2004)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara K, Tenno T, Sugasawa K, Jee JG, Ohki I, Kojima C, Tochio H, Hiroaki H, Hanaoka F, Shirakawa M.
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 279,6 ページ: 4760-4767
• [雑誌論文] Structural basis for distinct roles of Lys63- and Lys48-linked polyubiquitin chains. (2004)
  • 著者名/発表者名: Tenno, T., Fujiwara, K., Tochio, H., Iwai, K., Morita, E.H., Hayashi, H., Murata, S., Hiroaki, H., Sato, M., Tanaka, K., Shirakawa, M.
  • 雑誌名: Genes to Cells 9 ページ: 865-875
• [雑誌論文] High-throughput construction method of expression vector of peptides for NMR study suited for isotopic labeling. (2004)
  • 著者名/発表者名: Tenno, T., Goda, N., Tateishi, Y., Tochi, H., Mishima, M., Hayashi, H., Shirakawa, M., Hiroaki, H.
  • 雑誌名: Protein Eng Des Se1 17 ページ: 305-314
• [文献書誌] Auesukaree C, Homma T, Tochio H, Shirakawa M, Kaneko Y, Harashima S.: "Intracellular phosphate serves as a signal for the regulation of the PHO pathway in Saccharomyces cerevisiae."Journal of Biological Chemistry. 279,17. 17289-17294 (2004)
• [文献書誌] Fujiwara K, Tenno T, Sugasawa K, Jee JG, Ohki I, Kojima C, Tochio H, Hiroaki H, Hanaoka F, Shirakawa M.: "Structure of the ubiquitin-interacting motif of S5a bound to the ubiquitin-like domain of HR23B."Journal of Biological Chemistry. 279,6. 4760-4767 (2004)