プロテアソームの発現機構の解明とアンチエイジングへの応用

• 研究課題/領域番号: 16H03265
• 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: 応用健康科学
• 研究機関: 同志社大学
• 研究代表者: 小林 聡 同志社大学, 生命医科学部, 教授 (50292214)
• 研究分担者: 和久 剛 同志社大学, 生命医科学部, 助教 (40613584) ; 依馬 正次 滋賀医科大学, 動物生命科学研究センター, 教授 (60359578)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2018年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2017年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2016年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
• キーワード: タンパク質恒常性 / アンチエイジング / 老化 / 遺伝子発現 / プロテアソーム / タンパク質分解 / 転写 / 転写因子

研究成果の概要

体を構成する細胞は様々な恒常性維持機構を発動することで、健康維持・アンチエイジングをもたらしている。その恒常性維持機構の1つとして、細胞内で発現しているタンパク質の品質管理があげられる。今回の研究では、転写因子NRF1が、タンパク質品質管理において重要な機能をもつプロテアソームの発現を制御するとともに、異なるタンパク質分解システムであるオートファジーも制御していることを発見した。またNRF1関連因子であるNRF3はPOMPと呼ばれるタンパク質を発現誘導することで、20Sプロテアソームを活性化し細胞の老化に関わるタンパク質を分解していることを見出した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

細胞のタンパク質品質管理に関わるタンパク質分解酵素プロテアソームが、どのように発現するのか？というメカニズムについては、これまで長く不明であった。今回の研究の学術的な意義は、（1）NRF1と呼ばれるタンパク質が制御し、さらにオートファジーにも関与すること、そして（2）関連因子NRF3も異なるタンパク質分解経路に関わることを発見したことにある。本研究成果の社会的意義は、この知見にもとづいてNRF1あるいはNRF3を活性化する方法を開発すれば、細胞の恒常性の維持によるアンチエイジング法につながる点にある。

研究成果

• [雑誌論文] O-GlcNAcylation Signal Mediates Proteasome Inhibitor Resistance in Cancer Cells by Stabilizing NRF1 (2018)
  • 著者名/発表者名: Sekine Hiroki、Okazaki Keito、Kato Koichiro、Alam M. Morshedul、Shima Hiroki、Katsuoka Fumiki、Tsujita Tadayuki、Suzuki Norio、Kobayashi Akira、Igarashi Kazuhiko、Yamamoto Masayuki、Motohashi Hozumi
  • 雑誌名: Molecular and Cellular Biology 巻: 38 号: 17 ページ: 00252-18
  • DOI: 10.1128/mcb.00252-18
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Multiple regulatory mechanisms of the biological function of NRF3 (NFE2L3) control cancer cell proliferation (2017)
  • 著者名/発表者名: Chowdhury A. M. Masudul Azad、Katoh Hiroki、Hatanaka Atsushi、Iwanari Hiroko、Nakamura Nanami、Hamakubo Takao、Natsume Tohru、Waku Tsuyoshi、Kobayashi Akira
  • 雑誌名: Scientific reports 巻: 7 号: 1 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1038/s41598-017-12675-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Denaturation of DNA in ternary mixed solution of water/hydrophilic/hydrophobic organic solvent. (2017)
  • 著者名/発表者名: Ito Y. Tsukagoshi K, Kobayashi A.
  • 雑誌名: J Anal Sci, Method Instrum. 巻: 7 号: 02 ページ: 40-46
  • DOI: 10.4236/jasmi.2017.72004
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The cysteine-rich domain of TET2 binds preferentially to mono- and dimethylated histone H3K36 (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamagata, K., and Kobayashi, A.
  • 雑誌名: J Biochem. 巻: 4 ページ: 327-330
  • DOI: 10.1093/jb/mvx004
  • NAID: 40021219779
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Possible roles of the transcription factor Nrf1 (NFE2L1) in neural homeostasis by regulating the gene expression of deubiquitinating enzymes. (2017)
  • 著者名/発表者名: Taniguchi, H., Okamuro, S., Kohji, M., Waku, T., Kubo, K., Hatanaka, A., Sun, Y., A M Chowdhury, AM A., Fukamizu, A., Kobayashi, A.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun. 巻: 484 号: 1 ページ: 176-183
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2017.01.038
  • 査読あり
• [雑誌論文] USP15 stabilizes the transcription factor Nrf1 in the nucleus, promoting the proteasome gene expression. (2016)
  • 著者名/発表者名: Fukagai, K., Waku, T., Chowdhury, AM., Kubo, K., Matsumoto, M., Kato, H., Natsume, T., Tsuruta, F., Chiba, T., Taniguchi, H., Kobayashi, A.
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun. 巻: 478 号: 1 ページ: 363-370
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2016.07.045
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] NML-mediated rRNA base methylation links ribosomal subunit formation to cell proliferation in a p53-dependent manner. (2016)
  • 著者名/発表者名: Waku T., Nakajima Y., Yokoyama W., Nomura N., Kako K., Kobayashi A., Shimizu T., and Fukamizu A.
  • 雑誌名: J. Cell Sci. 巻: 129 号: 12 ページ: 2382-2393
  • DOI: 10.1242/jcs.183723
  • NAID: 120007129526
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [学会発表] 転写因子NRF3（NFE2L3）は20Sプロテアソームアッセンブリを亢進して腫瘍増大に寄与する (2018)
  • 著者名/発表者名: 和久 剛、村田 茂穂、小林 聡
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 転写因子NFE2L3 (NRF3) はin vitroにおいてがん細胞の浸潤と遊走を促進する (2018)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬 修平、谷 美里、和久 剛、小林 聡
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 転写因子NRF1とNRF3の翻訳制御を介した新たなプロテアソーム活性調節メカニズムの解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 片山 寛之、平岡 都、和久 剛、小林 聡
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 転写因子NRF3（NFE2L3）によるがん細胞の脂質代謝制御の可能性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 田村 奈都子、萩原 透、和久 剛、小林 聡
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] ストレス応答性転写因子NRF3の20Sプロテアソーム活性化による新たな発ガン機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林 聡、和久 剛
  • 学会等名: 第13回臨床ストレス応答学会大会
• [学会発表] プロテオスタシスの破綻による新たな腫瘍増大メカニズム (2018)
  • 著者名/発表者名: 和久 剛, 小林 聡
  • 学会等名: 第77回日本癌学会学術総会
• [学会発表] 大腸ガン細胞におけるNRF3遺伝子の発現誘導メカニズムの解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 青野 栞, 和久 剛, 筆宝 義隆, 小林 聡
  • 学会等名: 第91回日本生化学会大会
• [学会発表] プロテアソーム制御因子の翻訳制御を介したタンパク質分解調節メカニズムの解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 片山 寛之, 和久 剛, 小林 聡
  • 学会等名: 第91回日本生化学会大会
• [学会発表] がんにおける転写因子NRF3(NFE2L3)による新たなプロテアソーム活性化機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林 聡
  • 学会等名: 第91回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 腫瘍増大に寄与するプロテオスタシス制御機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 和久 剛、小林 聡
  • 学会等名: 第６回がんと代謝研究会
• [学会発表] トランスクリプトーム解析による転写因子NRF1のがん細胞における機能解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 畠中惇至、和久 剛、渡辺 亮、小林 聡
  • 学会等名: 第６回がんと代謝研究会
• [学会発表] 大腸がんの細胞増殖を制御するβ-catenin-NRF3-20Sプロテアソーム経路 (2018)
  • 著者名/発表者名: 小林 聡、青野 栞、Chowdhury AM Masudul、畠中惇至、筆宝義隆、和久 剛
  • 学会等名: 第６回がんと代謝研究会
• [学会発表] 遺伝子発現の変調によるガン進展メカニズム解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 和久 剛
  • 学会等名: 第五回 四私大合同生命科学シンポジウム ”数理・情報による生命科学の新たな潮流”
  • 発表場所: 関西学院（兵庫県・西宮市）
  • 年月日: 2017-03-07
• [学会発表] トランスクリプトームデータを用いた相関解析によるガン関連遺伝子群の同定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 孫 宣蒙
  • 学会等名: 第五回 四私大合同生命科学シンポジウム ”数理・情報による生命科学の新たな潮流”
  • 発表場所: 関西学院（兵庫県・西宮市）
  • 年月日: 2017-03-07
• [学会発表] プロテアソームの誘導的発現と疾患 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小林 聡
  • 学会等名: ConBio2017 ワークショップ「プロテオスタシス制御の新展開と疾患」
  • 招待講演
• [学会発表] 構成的プロテアソーム活性の転写因子NRF1とNRF3による協調的制御の可能性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 片山 寛之、鎌田 七海、和久 剛、小林 聡
  • 学会等名: ConBio2017
• [学会発表] 転写因子NRF3（NFE2L3）は20Sプロテアソームの活性亢進を介して腫瘍増大に寄与する (2017)
  • 著者名/発表者名: 和久 剛、糀 美早紀、鎌田 七海、辰巳 千夏、畠中 惇至、小林 聡
  • 学会等名: ConBio2017
• [学会発表] 転写因子NRF3（NFE2L3）はTGF-β/SMADシグナルを制御する (2017)
  • 著者名/発表者名: 廣瀬 修平、和久 剛、小林 聡
  • 学会等名: ConBio2017
• [学会発表] 転写因子NRF3（NFE2L3）を過剰発現するヒト肺がん細胞H1299を用いたマウス移植解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 糀 美早紀、和久 剛、小林 聡
  • 学会等名: ConBio2017
• [学会発表] HIV-1プロテアーゼ阻害剤による転写因子NRF3を標的とした新たな抗がん作用機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 畠中惇至、行武拓哉、糀美早紀、和久 剛、小林 聡
  • 学会等名: 第22回日本病態プロテアーゼ学会学術集会
• [学会発表] 転写因子NRF3は20プロテアソーム活性亢進を介してガン細胞の増殖を亢進する (2017)
  • 著者名/発表者名: 鎌田七海、糀美早紀、和久 剛、小林 聡
  • 学会等名: 第64回 日本生化学会近畿支部会
• [学会発表] 転写因子NRF3はプロテアソーム発現亢進を介してp53依存的なガン抑制シグナルを阻害する (2017)
  • 著者名/発表者名: 和久 剛、小林 聡
  • 学会等名: 転写研究会・新学術領域「転写サイクル」共催 冬の若手ワークショップ2017
• [学会発表] エピジェネティック制御因子HCF-1を介した転写因子NRF1のプロテアソーム発現機構の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松本麻莉子、山形一行、北川大祐、谷口浩章、土谷佳樹、小林聡
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 横浜みなとみらい21（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2016-11-30
• [学会発表] 転写因子NRF3はガン細胞の20Sプロテアソーム発現を制御する (2016)
  • 著者名/発表者名: 鎌田七海、畠中惇至、糀美早紀、和久剛、小林聡
  • 学会等名: 第39回日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 横浜みなとみらい21（神奈川県・横浜市）
  • 年月日: 2016-11-30
• [学会発表] 転写因子NRF3によるガン細胞におけるプロテアソーム発現機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 田中裕也、○鎌田七海、和久剛、小林聡
  • 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] 転写因子NRF1の活性化メカニズムにおけるシグナルペプチダーゼSEC11Aの機能解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 畠中惇至、和久剛、谷口浩章、小林聡
  • 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] 転写因子NRF3はp53依存的なガン細胞の増殖抑制を阻害する (2016)
  • 著者名/発表者名: 和久剛、加藤裕紀、渡辺秀教、岩成宏子、辰巳千夏、畠中惇至、浜窪隆雄、小林聡
  • 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] 転写因子NRF1のOGT-HCF-1複合体を介した分解制御機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 関根弘樹, 加藤幸一郎, 福田愛菜, 鈴木教郎, 岡崎慶斗, Md. Morshedul Alam, 辻田忠志, 小林聡, 山本雅之, 本橋ほづみ
  • 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] Cysteine rich domain of TET2 protein as a reader of histone H3 K36 mono and di methylation. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuyuki Yamagata, Hiroshi Kimura, Akira Kobayashi and Yang Shi.
  • 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] 白血病で高頻度に変異の起こるTET2のCRドメインはヒストン修飾を認識する (2016)
  • 著者名/発表者名: 山形一行、木村宏、小林聡、Yang Shi.
  • 学会等名: 平成28年度新学術領域研究「学術研究支援基盤形成【先端モデル動物支援プラットフォーム】若手支援技術講習会
  • 発表場所: 蓼科グランドホテル滝の湯 (長野県・茅野市）
  • 年月日: 2016-09-14
• [学会発表] 白血病で高頻度に変異の起こるTET2のCRドメインはヒストン修飾を認識する (2016)
  • 著者名/発表者名: 山形一行、木村宏、小林聡、Yang Shi.
  • 学会等名: 第4回がんと代謝研究会
  • 発表場所: 鹿児島県民交流センター（鹿児島県・鹿児島市）
  • 年月日: 2016-07-07
• [学会発表] The HRD1-NRF3 axis regulates the proliferation of colon cancer cells by inducing the UHMK1 gene expression. (2016)
  • 著者名/発表者名: AM Masudul Azad Chowdhury, Hiroki Kato, Tsuyoshi Waku, Akira Kobayashi
  • 学会等名: Targeting Cancer: 81st Cold Spring Harbor Symposium.
  • 発表場所: Cold Spring harbor (USA)
  • 年月日: 2016-06-01
  • 国際学会
• [備考]
  • URL: https://akobayas.wixsite.com/genetic-code-lab
• [備考]
  • URL: http://medsystems.doshisha.ac.jp/labo_base_3/p1/
• [備考]
  • URL: https://biomedical.doshisha.ac.jp/graduate/g_system/system.html#laboratory07
• [備考] 同志社大学遺伝情報研究室ホームページ
  • URL: https://akobayas.wixsite.com/genetic-code-lab
• [備考] 同志社大学生命医科学部医生命システム学科オリジナルホームページ
  • URL: http://medsystems.doshisha.ac.jp
• [備考] 同志社大学遺伝情報研究室ホームページ
  • URL: http://akobayas.wixsite.com/genetic-code-lab
• [産業財産権] 抗HIV治療薬を利用した抗がん剤 (2017)
  • 発明者名: 和久剛、小林聡、畠中惇至
  • 権利者名: 和久剛、小林聡、畠中惇至
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-087470
  • 出願年月日: 2017
• [産業財産権] 細胞抽出装置、細胞抽出プログラム及び細胞抽出方法 (2017)
  • 発明者名: 廣安知之、和久剛、日和悟、小林聡、藤井光央、廣瀬修平
  • 権利者名: 廣安知之、和久剛、日和悟、小林聡、藤井光央、廣瀬修平
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2017-236063
  • 出願年月日: 2017
• [産業財産権] 抗がん剤 (2017)
  • 発明者名: 和久剛、小林聡、加藤裕紀、糀美早紀、渡辺秀教
  • 権利者名: 和久剛、小林聡、加藤裕紀、糀美早紀、渡辺秀教
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2017-03-15
  • 外国
• [産業財産権] 抗がん剤 (2016)
  • 発明者名: 和久剛、小林聡、加藤裕紀、渡辺秀教
  • 権利者名: 和久剛、小林聡、加藤裕紀、渡辺秀教
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2016-230449
  • 出願年月日: 2016-11-28