小胞体とゴルジ体間のpH勾配に依存した新たなタンパク質品質管理機構の分子基盤

• 研究課題/領域番号: 15H04335
• 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: 構造生物化学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 稲葉 謙次 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (10423039)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 16,120千円 (直接経費: 12,400千円、間接経費: 3,720千円); 2017年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2016年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2015年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
• キーワード: タンパク質品質管理 / 小胞体 / ゴルジ体 / Ｘ線結晶構造解析 / ERp44 / PDIファミリー / pH / 亜鉛 / 蛋白質 / 酵素 / PDI / 細胞 / X線結晶構造解析 / レドックス

研究成果の概要

ERp44は小胞体局在性の酵素や構造未成熟の分泌タンパク質をゴルジ体で捕獲し小胞体に逆輸送することでタンパク質品質管理を行うPDI familyのタンパク質である。本研究期間中に、ERp44の結晶構造をpH7.5とpH6.5の二つの条件で解くことに成功した。さらに構造情報に基づく生化学的・生物物理学的および細胞生物学的解析を行うことにより、ERp44が小胞体とゴルジ体のpH依存的に構造を変化させ、基質との結合解離を制御する分子機構を解明した(Watanabe et al., PNAS 2017)。

研究成果

• [国際共同研究] San Raffaele Scientific Institute(イタリア)
• [国際共同研究] San Raffaele Scientific Institute(Italy)
• [雑誌論文] The Highly Dynamic Nature of ERdj5 Is Key to Efficient Elimination of Aberrant Protein Oligomers through ER-Associated Degradation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Maegawa KI, Watanabe S#, Noi K#, Okumura M#, Amagai Y#, Inoue M, Ushioda R, Nagata K, Ogura T, Inaba K.(#equal contribution)
  • 雑誌名: Structure 巻: 25 号: 6 ページ: 846-857
  • DOI: 10.1016/j.str.2017.04.001
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Preparation of Selenoinsulin as a Long-Lasting Insulin Analogue (2017)
  • 著者名/発表者名: Kenta Arai+, Toshiki Takei+, Masaki Okumura+, Satoshi Watanabe+, Yuta Amagai, Yuya Asahina, Luis Moroder, Hironobu Hojo, Kenji Inaba, and Michio Iwaoka
  • 雑誌名: Angew. Chem. Int. Ed. 巻: 印刷中 号: 20 ページ: 5522-5526
  • DOI: 10.1002/anie.201701654
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structural basis of pH-dependent client binding by ERp44, a key regulator of protein secretion at the ER-Golgi interface. (2017)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, S., Harayama, M., Kanemura, S., Sitia, R. and Inaba, K.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: in press 号: 16 ページ: 3224-3232
  • DOI: 10.1073/pnas.1621426114
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Cysteinyl-tRNA synthetase governs cysteine polysulfidation and mitochondrial bioenergetics (2017)
  • 著者名/発表者名: Akaike Takaaki、、、Nishida Motohiro（4）、、、、、、Fujii Shigemoto（20）、、、Motohashi Hozumi（26）
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 8 号: 1 ページ: 1177-1177
  • DOI: 10.1038/s41467-017-01311-y
  • NAID: 120007134656
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Preparation of selenoinsulin as a long-lasting insulin analog (2017)
  • 著者名/発表者名: Arai, K.#, Takei, T.#, Okumura, M.#, Watanabe, S.#, Amagai, Y., Hojo, H.*, Inaba, K.* and Iwaoka, M.*
  • 雑誌名: Angewandte Chemie 巻: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] The highly dynamic nature of ERdj5 is key to efficient elimination of aberrant protein oligomers through ER-associated degradation (2017)
  • 著者名/発表者名: Maegawa, K., Watanabe, S., Noi, K., Okumura, M., Amagai, Y., Inoue, M., Ushioda, R., Nagata, K., Ogura, T. and Inaba, K
  • 雑誌名: Structure 巻: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Redox-assisted regulation of Ca2+ homeostasis in the endoplasmic reticulum by ERdj5 (2016)
  • 著者名/発表者名: Ushioda, R., Miyamoto, A., Inoue, M., Watanabe, S., Okumura, M., Maegawa, K., Uegaki, K., Fujii, S., Fukuda, Y., Umitsu, M., Takagi, J., Inaba, K., Mikoshiba, K., Nagata, K.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 113 ページ: 6055-6063
  • 査読あり
• [雑誌論文] Human ER Oxidereductin-1a (Ero1a) undergoes dual regulation through complementary redox interactions with Protein Disulfide Isomerase. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kanemura, S., Okumura, M., Yutani, K., Ramming, T., Hikima, T., Appenzeller-Herzog, C., Akiyama, S., and Inaba, K.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 291 ページ: 23952-23964
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The membrane topology of Vitamin K Epoxide Reductase is conserved between human isoforms and the bacterial enzyme (2016)
  • 著者名/発表者名: Cao, Z, van Lith, M., Mitchell, L. J., Pringle, M. A., Inaba, K. and Bulleid, N. J.
  • 雑誌名: Biochem. J 巻: 473 号: 7 ページ: 851-858
  • DOI: 10.1042/bj20151223
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Cysteines 208 and 241 in Ero1 are required for maximal catalytic turnover (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Ramming, S. Kanemura, M. Okumura, K. Inaba and C. Appenzeller-Herzog.
  • 雑誌名: Redox Biology 巻: 7 ページ: 14-20
  • DOI: 10.1016/j.redox.2015.11.004
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] One-dimensional sliding of p53 along DNA is accelerated in the presence of Ca(2+) or Mg(2+) at millimolar concentrations (2015)
  • 著者名/発表者名: Murata A, Ito Y, Kashima R, Kanbayashi S, Nanatani K, Igarashi C, Okumura M, Inaba K, Tokino T, Takahashi S, Kamagata K
  • 雑誌名: JOURNAL OF MOLECULAR BIOLOGY 巻: 427 号: 16 ページ: 2663-2678
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2015.06.016
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structural basis of a Ni acquisition cycle for [NiFe]-hydrogenase by HypA and its enhancer. (2015)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, S., Kawashima, T., Nishitani, Y., Kanai, T., Wada, T., Inaba, K., Atomi, H., Imanaka, T. and Miki, K.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 112 号: 25 ページ: 7701-7706
  • DOI: 10.1073/pnas.1503102112
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A PDI-catalyzed thiol/disulfide switch regulates the production of hydrogen peroxide by human Ero1 (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Ramming, M. Okumura, S. Kanemura, S. Baday, J. Birk, S. Moes, P. Jenö, S. Bernèche, K. Inaba and C. Appenzeller-Herzog.
  • 雑誌名: Free Radic Biol Med. 巻: 83 ページ: 361-372
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2015.02.011
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structures and functions of protein disulfide isomerase family members involved in proteostasis in the endoplasmic reticulum. (2015)
  • 著者名/発表者名: Okumura M, Kadokura H, Inaba K.
  • 雑誌名: Free Radic Biol Med. 巻: 83 ページ: 314-322
  • DOI: 10.1016/j.freeradbiomed.2015.02.010
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 新規PDIファミリータンパク質ERp46の構造と機能 (2015)
  • 著者名/発表者名: 奥村 正樹、金村 進吾、稲葉 謙次
  • 雑誌名: 日本生物物理学会会報誌 巻: 55 ページ: 34-36
  • NAID: 130004794735
  • 査読あり
• [学会発表] The highly dynamic nature of ERdj5 plays a key role in efficient ER-associated degradation (2018)
  • 著者名/発表者名: Inaba, K.
  • 学会等名: CLS Tokyo Tech. International Forum 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structural and Mechanistic basis of pH- and Zn2+-dependent regulation of ERp44 for protein quality control in the early secretory pathway (2017)
  • 著者名/発表者名: Inaba, K.
  • 学会等名: ER & Redox club meeting
  • 国際学会
• [学会発表] How do PDI family member proteins act on nascent chains to catalyze their oxidative protein (2017)
  • 著者名/発表者名: 奥村 正樹、平山 千尋、野井 健太郎、町田 幸大、今高 寛晃、小椋 光、稲葉 謙次
  • 学会等名: 第17回日本蛋白質科学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Structural basis of redox-dependent regulation of Sarco/Endoplasmic reticulum Ca2+-ATPase 2b (SERCA2b) (2017)
  • 著者名/発表者名: 稲葉謙次
  • 学会等名: 日本生物物理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] システインの酸化還元を介した新たなタンパク質品質管理機構の構造基盤 (2017)
  • 著者名/発表者名: 稲葉謙次
  • 学会等名: 大阪大学蛋白質研究所セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Zn-dependent regulation of the protein quality control by ERp44 in the early secretory pathway (2016)
  • 著者名/発表者名: Harayama, M., Watanabe, S., Amagai, Y., Sannino, S., Sitia, R., Inaba, K.
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-11-30
• [学会発表] 小胞体タンパク質品質管理に関与するERp44のpHと亜鉛イオンによる機能制御 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡部 聡, 原山麻奈美, 天貝佑太, 増井翔史, Sara Sannino, Roberto Sitia, 稲葉謙次
  • 学会等名: 第８９回日本生化学会大会
  • 発表場所: 仙台国際センター（宮城県仙台市）
  • 年月日: 2016-09-25
• [学会発表] How do PDI family member proteins act on unfolded/misfolded proteins to ensure protein quality control in the ER. (2016)
  • 著者名/発表者名: Inaba, K.
  • 学会等名: Nascent chain biology meeting 2016
  • 発表場所: 富士レークホテル（山梨県河口湖町）
  • 年月日: 2016-09-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structural basis of pH- and zinc-dependent protein quality control by ERp44 (2016)
  • 著者名/発表者名: Watanabe, S., Harayama, M., Amagai, Y., Sannino, S., Masui, S., Sitia, R. and Inaba, K.
  • 学会等名: Nascent chain biology meeting 2016
  • 発表場所: 富士レークホテル（山梨県河口湖町）
  • 年月日: 2016-09-01
  • 国際学会
• [学会発表] 亜鉛イオンによるERp44を介した小胞体タンパク質品質管理機構の分子基盤 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡部 聡, 原山麻奈美, 天貝佑太, 増井翔史, Sara Sannino, Roberto Sitia, 稲葉謙次
  • 学会等名: 第１６回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 福岡国際会議場（福岡県福岡市）
  • 年月日: 2016-06-07
• [学会発表] Dynamic natures of PDI family members in catalysis of oxidative protein folding and ER associated degradation (2015)
  • 著者名/発表者名: Inaba, K
  • 学会等名: Symposium: From cytosol to ER; Translation, translocation and modification
  • 発表場所: 東北大学片平キャンパス生命科学研究科プロジェクト棟（仙台市）
  • 年月日: 2015-11-30
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dynamic natures of PDI family member proteins that act on nascent chains in the endoplasmic reticulum (2015)
  • 著者名/発表者名: Inaba, K
  • 学会等名: Nascent chain biology meeting
  • 発表場所: 東京大学本郷キャンパス一条ホール（東京）
  • 年月日: 2015-10-01
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Real-time monitoring of PDI-catalyzed oxidative protein folding by high-speed atomic force microscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: 奥村正樹、野井健太郎，金村進吾、増井翔史、引間孝明、秋山修志、小椋光、稲葉謙次
  • 学会等名: 第53回 生物物理学会年会
  • 発表場所: 金沢大学角間キャンパス自然科学本館（金沢市）
  • 年月日: 2015-09-13
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamic natures of PDI family members in catalysis of oxidative protein folding and ER associated degradation (2015)
  • 著者名/発表者名: Inaba, K
  • 学会等名: EMBO meeting
  • 発表場所: Birmingham, UK
  • 年月日: 2015-09-05
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dynamic natures of PDI family members in catalysis of oxidative protein folding and ER associated degradation (2015)
  • 著者名/発表者名: Inaba, K
  • 学会等名: Case Western Reserve University-Tohoku University joint symposium
  • 発表場所: Cleaveland, USA
  • 年月日: 2015-07-29
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dual conformations of ERdj5 play a significant role in acceleration of the ER associated degradation. (2015)
  • 著者名/発表者名: Inaba, K
  • 学会等名: ER & Redox club meeting
  • 発表場所: Venice, Italy
  • 年月日: 2015-04-15
  • 国際学会
• [図書] Oxidative folding of Peptides and Proteins (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Okumura, S. Watanabe, and K. Inaba
  • 出版者: Royal Society of Chemistry
• [図書] 分子研レターズ (2017)
  • 著者名/発表者名: 金村 進吾、奥村 正樹、稲葉 謙次
  • 出版者: 分子研
• [備考] 東北大学多元物質科学研究所生体分子構造研究分野 稲葉研究室
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/inaba/
• [備考] 東北大学 多元物質科学研究所 生体分子構造研究分野 稲葉研究室
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/inaba/
• [備考] 細胞内pH変化を利用したタンパク質品質管理のメカニズム ‐pHセンシング機構の構造基盤を解明‐
  • URL: http://www2.tagen.tohoku.ac.jp/lab/news_press/20170404/
• [備考] 東北大学生命科学研究科分子生命科学専攻 稲葉謙次
  • URL: http://www.lifesci.tohoku.ac.jp/teacher/t_inaba/
• [備考] 東北大学多元物質科学研究所 生体分子構造研究分野ホームページ
  • URL: http://www.tagen.tohoku.ac.jp/labo/inaba/