翻訳後修飾因子の翻訳後修飾：リン酸化ユビキチンの細胞内機能の解析

• 研究領域: ユビキチンネオバイオロジー：拡大するタンパク質制御システム
• 研究課題/領域番号: 15H01196
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 公益財団法人東京都医学総合研究所
• 研究代表者: 松田 憲之 公益財団法人東京都医学総合研究所, 生体分子先端研究分野, プロジェクトリーダー (10332272)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 9,880千円 (直接経費: 7,600千円、間接経費: 2,280千円); 2016年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2015年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円)
• キーワード: Parkin / PINK1 / ユビキチン / リン酸化 / ミトコンドリア / パーキンソン病

研究実績の概要

助成対象者（松田憲之）は、平27年から平28年に「翻訳後修飾因子の翻訳後修飾：リン酸化ユビキチンの細胞内機能の解析」という課題名で、PINK1 と Parkin が協調して異常ミトコンドリアをユビキチン化し、細胞内から除去する仕組みを解析した。助成期間（平27～28年）中に、Sランク論文を１報（JCB (2015)）、Aランク論文を３報（JCS (2015)、JBC (2015), JBC (2016)）、Aランク総説を１報（EMBO Reports (2016)）発表した。
まず助成期間中に、損傷ミトコンドリアにParkinを移行させる“受容体”の実体解明を行なった。PINK1キナーゼの基質がユビキチンであることを手がかりとして、リン酸化ユビキチンとリン酸化Parkinの相互作用を検討したが、両者の結合は非常に弱かった。そこで、リン酸化ユビキチン鎖がParkinと結合する可能性を検証した。ミトコンドリア局在シグナルとタンデムユビキチンを融合(Mt-4Ub)し、PINK1欠損細胞内でParkinと共発現を行なった。Mt-4UbとParkinの両者がリン酸化模倣変異を有する時に限り、PINK1やミトコンドリア膜電位の低下と無関係に、Parkinはミトコンドリアに局在化した。さらに試験管内でリン酸化ユビキチン鎖とリン酸化Parkinの直接的な結合を示した。一連の結果から、助成対象者（松田憲之）はリン酸化ユビキチン鎖が “Parkin受容体”であると結論した。
さらに、立教大学の岡教授との共同研究として「PINK1/Parkin系の発動が細胞死を引き起こすメカニズム」を解析するとともに、共著者として「PINK1 と Parkin が異常ミトコンドリアをユビキチン化して細胞内から除去する仕組み」を俯瞰する総説の記載をサポートした。

現在までの達成度 (段落)

28年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

28年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Constitutive activation of PINK1 leads to proteasome-mediated and non-apoptotic cell death independently of mitochondrial autophagy (2016)
  • 著者名/発表者名: Akabane, S., Matsuzaki, K., Yamashita, S-I, Arai, K., Okatsu, K., Kanki, T., Matsuda, N., and Oka, T.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 291 号: 31 ページ: 16162-16174
  • DOI: 10.1074/jbc.m116.714923
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Unexpected mitochondrial matrix localization of Parkinson's disease-related DJ-1 mutants but not wild type DJ-1. (2016)
  • 著者名/発表者名: Kojima, W., Kujuro, Y., Okatsu, K., Bruno, Q., Koyano, F., Kimura, M., Yamano, K., Tanaka, K., and Matsuda, N.
  • 雑誌名: Genes to Cells 巻: 21 号: 7 ページ: 772-788
  • DOI: 10.1111/gtc.12382
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The ubiquitin signal and autophagy : an orchestrated dance leading to mitochondrial degradation (2016)
  • 著者名/発表者名: Koji Yamano, K., Matsuda, N., and Tanaka, K.
  • 雑誌名: EMBO Rep. 巻: 17 号: 3 ページ: 300-3016
  • DOI: 10.15252/embr.201541486
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Phospo-ubiquitin: Upending the PINK-Parkin-ubiquitin cascade. (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsuda, N.
  • 雑誌名: J. Biochemistry 巻: 159 号: 4 ページ: 379-385
  • DOI: 10.1093/jb/mvv125
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ミトコンドリアクオリティコントロールとパーキンソン病 - 特に DJ-1 に着目して - (2016)
  • 著者名/発表者名: 小島和華、松田憲之
  • 雑誌名: 脳21 巻: 19 ページ: 13-20
  • 査読あり
• [雑誌論文] パーキンソン病と闘うユビキチンシステム (2016)
  • 著者名/発表者名: 松田憲之
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 256 ページ: 874-879
  • 査読あり
• [雑誌論文] Site-specific Interaction Mapping of Phosphorylated Ubiquitin to Uncover Parkin Activation. (2015)
  • 著者名/発表者名: Koji Yamano, Bruno B. Queliconi, Fumika Koyano, Yasushi Saeki, Takatsugu Hirokawa, Keiji Tanaka§,and Noriyuki Matsuda
  • 雑誌名: The Journal of Biological Chemistry 巻: 290 号: 42 ページ: 25199-25211
  • DOI: 10.1074/jbc.m115.671446
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Phosphorylated ubiquitin chain is the genuine Parkin receptor. (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Okatsu, F. Koyano, M. Kimura, H. Kosako, Y. Saeki, K. Tanaka and N. Matsuda
  • 雑誌名: The Journal of Cell Biology 巻: 209 号: 1 ページ: 111-128
  • DOI: 10.1083/jcb.201410050
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Unconventional PINK1 localization mechanism to the outer membrane of depolarized mitochondria drives Parkin recruitment (2015)
  • 著者名/発表者名: Okatsu, K., Kimura, M., Oka, T., Tanaka, K., and Matsuda N.
  • 雑誌名: J Cell Sci 巻: 128 ページ: 964-978
  • DOI: 10.1242/jcs.161000
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 修飾酵素と修飾因子のヒエラルキーを逆転させるリン酸化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松田憲之
  • 学会等名: 第39回 日本分子生物学会年会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 年月日: 2016-11-30
  • 招待講演
• [学会発表] PINK1/Parkin-catalyzed ubiquitylation prevents Parkinson's disease via mitochondrial quality control (2016)
  • 著者名/発表者名: Matsuda N
  • 学会等名: KSBMB 2016
  • 発表場所: COEX, Seoul, Korea
  • 年月日: 2016-05-18
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] パーキンソン病とミトコンドリア分解 (2016)
  • 著者名/発表者名: 松田憲之
  • 学会等名: 第39回日本神経科学大会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市）
  • 招待講演
• [学会発表] ミトコンドリア品質管理マシナリーからパーキンソン病の発症機構を明らかにする (2016)
  • 著者名/発表者名: 松田憲之
  • 学会等名: 第54回日本生物物理学会年会
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県つくば市）
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular mechanisms underlying PINK1 and Parkin localization on damaged mitochondria. (2015)
  • 著者名/発表者名: Noriyuki Matsuda
  • 学会等名: “Mitochondrial quality control and neurodegenerative diseases” held at the Fondation des Treilles
  • 発表場所: Nice, France
  • 年月日: 2015-05-04
  • 国際学会 / 招待講演
• [備考] 所属プロジェクトの HP
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/protein/index.html
• [備考] 所属チームの HP
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/protein/jpn/research/matsuda-team.html
• [備考] 所属プロジェクトの HP
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/project/detail/ubiquitin.html