TRIM型ユビキチンリガーゼの物性と動作原理の解析

• 研究領域: ケモテクノロジーが拓くユビキチンニューフロンティア
• 研究課題/領域番号: 19H05280
• 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: 複合領域
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 畠山 鎮次 北海道大学, 医学研究院, 教授 (70294973)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円); 2020年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2019年度: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
• キーワード: ユビキチン / TRIMタンパク質 / 質量分析 / 構造解析 / ストレス / ユビキチンデコーダー / オートファジー / 免疫

研究開始時の研究の概要

ユビキチン化はタンパク質分解を制御することで多くの生命現象を支える極めて重要な翻訳後修飾の一つである。TRIMファミリーはユビキチン化酵素の一つのファミリーであり、様々な機能（がん、免疫、代謝、オートファジーなど）に関与することが報告されている。本研究により、各種疾患におけるTRIMファミリーの役割が解明され、かつその機能を変化させる薬を開発できれば、新たな治療薬をして役立つかもしれない。

研究実績の概要

ユビキチン化はタンパク質分解を制御する翻訳後修飾であり、多くの生命現象を支える極めて重要な翻訳後修飾の一つである。TRIMファミリーはRING型E3ユビキチンリガーゼの一つのファミリー（ヒトでは約７０種）であり、様々な機能（がん、免疫、オートファジーなど）に関与することが知られている。本研究目的は、E3ユビキチンリガーゼであるTRIMタンパク質の「タンパク質」としての物理化学的な性質（物性）を解析し、将来的には創薬研究への知見を集積することである。実際に、TRIMタンパク質の機能を解明するために、基質タンパク質とユビキチンデコーダータンパク質を同定することと、およびTRIMタンパク質の構造を
決定することが重要となる。本年度は、シグナル伝達・選択的オートファジー・DNA修復・等に関与すると考えられているTRIMタンパク質を中心に、質量分析器（Hybrid IonTrap-Orbitrap LC-MS）を使用し、ユビキチン化基質タンパク質の同定を試み、複数のTRIMタンパク質に関して、基質タンパク質候補が同定された。
また、クライオ電顕によってTRIM68の構造解析を行ったところ、コイルドコイルドメインで折れ曲がる構造をしていることが判明し、それが酵素活性において何らかの役割を果たしている可能性が示唆された。
さらに、温度変化などのストレスによってもたらされる物性変化で、どのようにユビキチンリガーゼの酵素活性が影響を受けるかを明らかにするために、ストレス関連E3ユビキチンリガーゼであるCHIPを用いて解析したところ、ヒトの体温である37度周辺に至適温度があり、許容範囲が狭いことが判明した。今後、ストレスに反応して機能すべきユビキチン化酵素が、生体において、いかに温度変化等に対応して機能しているかを明らかにすることが重要である。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2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] Role of intracellular zinc in molecular and cellular function in allergic inflammatory diseases (2021)
  • 著者名/発表者名: Suzuki Masanobu、Suzuki Takayoshi、Watanabe Masashi、Hatakeyama Shigetsugu、Kimura Shogo、Nakazono Akira、Honma Aya、Nakamaru Yuji、Vreugde Sarah、Homma Akihiro
  • 雑誌名: Allergology International 巻: 70 号: 2 ページ: 190-200
  • DOI: 10.1016/j.alit.2020.09.007
  • NAID: 130008024307
  • ISSN: 1323-8930, 1440-1592
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The role of Mediator and Little Elongation Complex in transcription termination (2020)
  • 著者名/発表者名: Takahashi H, Ranjan A, Chen S, Suzuki H, Shibata M, Hirose T, Hirose H, Sasaki K, Abe R, Chen K, He Y, Zhang Y, Takigawa I, Tsukiyama T, Watanabe M, Fujii S, Iida M, Yamamoto J, Yamaguchi Y, Suzuki Y, Matsumoto M, Nakayama KI, Washburn P, Saraf A, Florens L, Sato S, Tomomori-Sato C, Conaway RC, Conaway JW, Hatakeyama S
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 号: 1 ページ: 1-20
  • DOI: 10.1038/s41467-020-14849-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] NONO is a negative regulator for SOX2 promoter. (2020)
  • 著者名/発表者名: Liang S, Takahashi H, Hirose T, Kuramitsu Y, Hatakeyama S, Yoshiyama H, Wang R, Hamada J, Iizasa H.
  • 雑誌名: Cancer Genomics & Proteomics 巻: 17 号: 4 ページ: 359-367
  • DOI: 10.21873/cgp.20195
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] RNA Sensing by Gut Piezo1 Is Essential for Systemic Serotonin Synthesis (2020)
  • 著者名/発表者名: Sugisawa Erika、Takayama Yasunori、Takemura Naoki、Kondo Takeshi、Hatakeyama Shigetsugu、Kumagai Yutaro、Sunagawa Masataka、Tominaga Makoto、Maruyama Kenta
  • 雑誌名: Cell 巻: 182 号: 3 ページ: 609-624
  • DOI: 10.1016/j.cell.2020.06.022
  • 査読あり
• [雑誌論文] A substrate-trapping strategy to find E3 ubiquitin ligase substrates identifies Parkin and TRIM28 targets (2020)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Masashi、Saeki Yasushi、Takahashi Hidehisa、Ohtake Fumiaki、Yoshida Yukiko、Kasuga Yusuke、Kondo Takeshi、Yaguchi Hiroaki、Suzuki Masanobu、Ishida Hiroki、Tanaka Keiji、Hatakeyama Shigetsugu
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 3 号: 1 ページ: 592-592
  • DOI: 10.1038/s42003-020-01328-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Autophagy promotes citrullination of VIM (vimentin) and its interaction with major histocompatibility complex class II in synovial fibroblasts (2019)
  • 著者名/発表者名: Sugawara Eri、Kato Masaru、Kudo Yuki、Lee Wenshi、Hisada Ryo、Fujieda Yuichiro、Oku Kenji、Bohgaki Toshiyuki、Amengual Olga、Yasuda Shinsuke、Onodera Tomohiro、Hatakeyama Shigetsugu、Atsumi Tatsuya
  • 雑誌名: Autophagy 巻: - 号: 5 ページ: 1-10
  • DOI: 10.1080/15548627.2019.1664144
  • NAID: 120007032618
  • 査読あり