選択的オートファジーレセプターp62のリン酸化制御機構とその生理的意義の解明

• 研究課題/領域番号: 20K06644
• 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44010:細胞生物学関連
• 研究機関: 順天堂大学
• 研究代表者: 一村 義信 順天堂大学, 医学部, 先任准教授 (80400993)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2021年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: 選択的オートファジー / p62 / ULK1 / リン酸化 / p62-KEAP1-NRF2経路 / p62/SQSTM1 / NRF2-KEAP1システム / リン酸化酵素 / ULK1キナーゼ / KEAP1-NRF2経路 / 液滴 / 筋萎縮性側索硬化症(ALS) / 前頭側頭骨変性症（FTD） / キナーゼ / p62-Nrf2-Keap1 / 脱リン酸化 / p62-Keap1-Nrf2経路 / ホスファターゼ

研究開始時の研究の概要

p62のリン酸化は、選択的オートファジーとKeap1-Nrf2経路を直結させることで強固な生体防御系を構築するが、その破綻は癌の増殖に寄与する。我々は、このp62のリン酸化が可逆的であること、つまり脱リン酸化制御を受ける決定的な証拠を得た（未発表）。そこで本研究課題では、(1) p62のリン酸化に関与するホスファターゼとキナーゼを同定、(2) 同定したホスファターゼとキナーゼの欠損細胞を作製し、選択的オートファジーとKeap1-Nrf2経路の活性化を検証、さらに、(3) がん細胞を用いて、その増殖に与える影響を調査。得られた結果より、p62リン酸化の制御およびその破綻によるがん増殖のメカニズムを明らかにする。

研究成果の概要

液－液相分離で形成されるp62顆粒は、349番目のセリン残基(Ser349)がリン酸化されたp62を含み、NRF2の活性化に関与している。しかし、リン酸化の制御機構や生理的意義は不明なままである。今回、ULK1をp62のキナーゼとして同定した。ULK1はp62顆粒に局在し、p62と直接相互作用していた。擬似リン酸化p62ノックインマウス（p62S351E/+）は、NRF2の恒常的活性化と成長遅延を示し、後者は過角化による食道や前胃の閉塞を起因とする栄養失調と脱水が引き起こされていた。以上の結果は、酸化還元に依存しないNRF2活性化経路の生理的重要性と液－液相分離の新たな生理的役割を示している。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究成果は細胞のストレス応答機構や液―液相分離の生理的役割について新たな知見を与えるものである。p62顆粒は肝疾患、神経変性疾患の病変細胞や肝細胞がんの病変部位で過剰に蓄積することが知られており、これら病態においてレドックス非依存性ストレス応答が調整不全となっていることが強く疑われる。本研究で得られた知見をもとに、より詳細な解析を進めることで、p62顆粒が関与する病態発症機序の解明が期待される。

研究成果

• [国際共同研究] Massachusetts General Hospital/Brigham and Women’s Hospital(米国)
• [国際共同研究] University of Helsinki(フィンランド)
• [国際共同研究] Hannam University(韓国)
• [雑誌論文] Considering the mechanism by which droplets of ALS-FTD-associated SQSTM1/p62 mutants cause pathology (2022)
  • 著者名/発表者名: Ichimura Y, Komatsu M
  • 雑誌名: Autophagy Reports 巻: 1 号: 1 ページ: 9-13
  • DOI: 10.1080/27694127.2022.2031380
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phase-separated protein droplets of amyotrophic lateral sclerosis-associated p62/SQSTM1 mutants show reduced inner fluidity (2021)
  • 著者名/発表者名: Faruk MO, Ichimura Y, Kageyama S, Komatsu-Hirota S, El-Gowily AH, Sou YS, Koike M, Noda NN, Komatsu M.
  • 雑誌名: J Biol Chem 巻: 297 号: 6 ページ: 101405-101405
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2021.101405
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Selective autophagy (2021)
  • 著者名/発表者名: Faruk Mohammad Omar、Ichimura Yoshinobu、Komatsu Masaaki
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: 112 号: 10 ページ: 3972-3978
  • DOI: 10.1111/cas.15112
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Description of Novel Variants and Review of Phenotypic Spectrum in UBA5-related Early Epileptic Encephalopathy (2021)
  • 著者名/発表者名: Briere LC, Walker MA, High FA, Rogers CA, Callahan C, Cooper C, Ishimura R, Ichimura Y, Caruso PA, Sharma N, Brokamp E, Koziura ME, Mohammad SS, Dale RC, Riley LG, Network UD, Phillips JA, Komatsu M, Sweetser DA.
  • 雑誌名: Cold Spring Harb Mol Case Stud. 巻: mcs 号: 3 ページ: a005827-a005827
  • DOI: 10.1101/mcs.a005827
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] p62/SQSTM1-droplet serves as a platform for autophagosome formation and anti-oxidative stress response (2021)
  • 著者名/発表者名: Kageyama S, Gudmundsson SR, Sou YS, Ichimura Y, Tamura N, Kazuno S, Ueno T, Miura Y, Noshiro D, Abe M, Mizushima T, Miura N, Okuda S, Motohashi H, Lee JA, Sakimura K, Ohe T, Noda NN, Waguri S, Eskelinen EL, Komatsu M.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12 号: 1 ページ: 16-16
  • DOI: 10.1038/s41467-020-20185-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] ULK1によるp62液―液相分離制御 (2022)
  • 著者名/発表者名: 一村 義信、池田 良、森下 英晃、能代 大輔、野田 展生、小松 雅明
  • 学会等名: 日本Cell Death学会学術集会
• [学会発表] ULK1/2-mediated p62-phosphorylation at Ser349 is physiologically important for NRF2 activation (2022)
  • 著者名/発表者名: Ryo Ikeda, ○Yoshinobu Ichimura, Daisuke Noshiro, Hideaki Morishita, Shuhei Takada, Tomoko Funakoshi, Satoko Komatsu-Hirota, Shun Kageyama, Ritsuko Arai, Manabu Abe, Kenji Sakimura, Arata Horii, Satoshi Waguri, Nobuo N Noda, and Masaaki Komatsu
  • 学会等名: The 10th International Symposium on Autophagy
  • 国際学会
• [学会発表] p62脱リン酸化酵素の同定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 池田良、一村義信、小松聡子、小松雅明
  • 学会等名: オートファジー研究会
• [備考] オートファジーフォーラム
  • URL: https://proteolysis.jp/a_forum/threads/view/234
• [備考] 非膜型細胞小器官p62顆粒の機能を解明
  • URL: https://prtimes.jp/main/html/rd/p/000000252.000021495.html