プロテアソーム不全時のO-GlcNAc修飾亢進による新規恒常性維持機構の解明

• 研究課題/領域番号: 19K07062
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分47030:薬系衛生および生物化学関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 濱崎 純 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 助教 (80533588)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2021年度: 1,950千円 (直接経費: 1,500千円、間接経費: 450千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
• キーワード: プロテアソーム / ユビキチン / O-GlcNAc / タンパク質分解

研究開始時の研究の概要

近年になりタンパク質分解酵素複合体プロテアソームの阻害剤が難治性多発性骨髄腫の治療薬として使用されているが、薬剤耐性株に対する有効な対応策・治療戦略が確立していない。最近、申請者らはプロテアソーム不全時の恒常性維持にO-GlcNAc修飾タンパク質亢進が重要であることを見出した。本研究ではO-GlcNAc修飾タンパク質亢進による恒常性維持機構の分子メカニズム解明を軸にプロテアソーム不全に起因する病態発症機構の理解や、がん治療におけるプロテアソーム阻害剤耐性細胞に対する新たな分子標的薬ターゲット・治療アプローチの創出を目指す。

研究成果の概要

プロテアソームは細胞内タンパク質の分解に働き全ての真核細胞で必須の役割を担うタンパク質複合体である。申請者らが独自に確立した生理的プロテアソーム不全を模した実験系で実施した哺乳類培養細胞での遺伝学的探索により、プロテアソーム不全時の細胞における恒常性維持にO-GlcNAc修飾の亢進が重要であることを見出した。本研究ではこの具体的な分子機構を解明すべく、質量分析や遺伝学探索により同定した重要因子の役割や生理的な重要性について検討を行った。その中で実際にプロテアソーム機能の調節に働く因子を見出し、大まかな機能解明を終えることができたが、詳細の検証や、より発展的な研究拡大の必要性が生じている。

研究成果の学術的意義や社会的意義

哺乳類プロテアソームの機能制御や生理機能についてはまだ未解明の部分が多く、プロテアソーム機能不全が関与すると考える広範な病態発症の基本原理の理解には課題が多いのが現状である。本研究においてプロテアソーム不全時にどのような細胞応答が生じるかを明らかにし、それを担う新たなプロテアソーム制御因子の同定と機能解明を進めたことは学術的にも重要性は高く、治療アプローチの作用点として今後研究が発展することで応用研究の基盤としても将来性が高い。

研究成果

• [雑誌論文] Heterozygous missense variant of the proteasome subunit β-type 9 causes neonatal-onset autoinflammation and immunodeficiency (2021)
  • 著者名/発表者名: Kanazawa N, Hemmi H, Kinjo N, Ohnishi H, Hamazaki J, M.H, K.A, M.T, H.S, K.N, K.S, H.Y, I.K, N.R, T.M, Y.Y, T.S, O.T, O.T, K.T, S.I, F.Y, W.N, I.Y, K.K, O.S, T.T, N.K, M.S, Y.K, Kaisho T
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1 ページ: 0-0
  • DOI: 10.1038/s41467-021-27085-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 26Sプロテアソームによるユビキチン化タンパク質認識・分解機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 濱崎 純、村田 茂穂
  • 雑誌名: 生化学 巻: 92 号: 1 ページ: 48-56
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2020.920048
  • ISSN: 0037-1017
  • 年月日: 2020-02-25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] NRF3-POMP-20S proteasome assembly axis promotes cancer development via ubiquitin-independent proteolysis of p53 and Rb. (2020)
  • 著者名/発表者名: Waku T, Nakamura N, Koji M, Watanabe H, Katoh H, Tatsumi C, Tamura N, Hatanaka A, Hirose S, Katayama H, Tani M, Kubo Y, Hamazaki J, Hamakubo T, Watanabe A, Murata S, Kobayashi A
  • 雑誌名: Molecular and Cellular Biology 巻: - 号: 10 ページ: 1-1
  • DOI: 10.1128/mcb.00597-19
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ER-Resident Transcription Factor Nrf1 Regulates Proteasome Expression and Beyond (2020)
  • 著者名/発表者名: Hamazaki J, Murata S.
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 21 号: 10 ページ: 3683-3683
  • DOI: 10.3390/ijms21103683
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Enhanced O-GlcNAcylation Mediates Cytoprotection under Proteasome Impairment by Promoting Proteasome Turnover in Cancer Cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Hashimoto E, Okuno S, Hirayama S, Arata Y, Goto T, Kosako H, Hamazaki J, Murata S.
  • 雑誌名: iScience 巻: 23 号: 7 ページ: 101299-101299
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101299
  • NAID: 120007127449
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Shigella effector IpaH4.5 targets 19S regulatory subunit RPN13 in the 26S proteasome to dampen cytotoxic T lymphocyte activation. (2019)
  • 著者名/発表者名: Otsubo R, Mimura H, Ashida H, Hamazaki J, Murata S, Sasakawa C.
  • 雑誌名: Cell Microbiol. 巻: 21 号: 3 ページ: e12974-e12974
  • DOI: 10.1111/cmi.12974
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] FAM48A mediates compensatory autophagy induced by proteasome impairment. (2019)
  • 著者名/発表者名: Arata Y, Watanabe A, Motosugi R, Iemura SI, Natsume T, Mukai K, Taguchi T, Hirayama S, Hamazaki J, Murata S.
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 24 号: 8 ページ: 559-568
  • DOI: 10.1111/gtc.12708
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Defective induction of the proteasome associated with T-cell receptor signaling underlies T-cell senescence (2019)
  • 著者名/発表者名: Arata Y, Watanabe A, Motosugi R, Murakami R, Goto T, Hori S, Hirayama S, Hamazaki J, Murata S.
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 24 号: 12 ページ: 801-813
  • DOI: 10.1111/gtc.12728
  • 査読あり
• [雑誌論文] Trans-omics impact of thymoproteasome in cortical thymic epithelial cells. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ohigashi I, Tanaka Y, Kondo K, Fujimori S, Kondo H, Palin A, Hoffmann V, Kozai M, Matsushita Y, Uda S, Motosugi R, Hamazaki J, Kubota H, Murata S, Tanaka K, Katagiri T, Kosako H, Takahama Y
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 29 号: 9 ページ: 2901-2916
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2019.10.079
  • NAID: 120006894616
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] ユビキチン・プロテアソーム系の不調による炎症性疾患発症の分子機構 (2022)
  • 著者名/発表者名: 濱崎純、村田茂穂
  • 学会等名: 第5回日本免疫不全・自己炎症学会 総会・学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] プロテアソーム転写因子Nrf1活性化に働く新規プロテアーゼDDI2によるプロセシング条件の検討 (2021)
  • 著者名/発表者名: 下岡雅和、濱崎純、村田茂穂
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Senescence-associated nuclear proteasome foci degrade p21 and suppress mitochondrial activation (2021)
  • 著者名/発表者名: 増田竣, 入木朋洋, 安田柊, 小迫英尊, 平山尚志郎, 大竹史明, 佐伯泰, 濱崎純, 村田茂穂
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] ユビキチンリガーゼRNF181はプロテアソーム機能低下時のプロテアソーム活性維持に重要な役割を果たす (2021)
  • 著者名/発表者名: 吉敷純、平山尚志郎、小迫英尊、濱崎純、村田茂穂
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 哺乳類プロテアソームの基礎的発現制御因子の探索 (2021)
  • 著者名/発表者名: 山村まどか、本杉良、濱崎純、村田茂穂
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 細胞老化依存的に生じるプロテアソームfociの機能解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 安田柊、入木朋洋、増田竣、平山尚志郎、濱崎純、村田茂穂
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] The ubiquitin ligase RNF181 plays a pivotal role in sustaining the mammalian proteasome activity unde proteasome impairment. (2020)
  • 著者名/発表者名: Shota Okuno, Eiichi Hashimoto, Shoshiro Hirayama, Hidetaka Kosako, Jun Hamazaki, and Shigeo Murata
  • 学会等名: 第43回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] RNF181 plays a pivotal role in O-GlcNAcylation-mediated cytoprotection under the proteasome impairment in canser cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Jun Hamazaki, Eiichi Hashimoto, Shota Okuno, Shohiro Hirayama, Hidetaka Kosako, Shigeo Murata
  • 学会等名: 3rd EMBO Conferense Series, The ubiquitin system
  • 国際学会