直鎖状ユビキチン鎖が制御する新規オートファジー機構の解明

• 研究領域: マルチモードオートファジー：多彩な経路と選択性が織り成す自己分解系の理解
• 研究課題/領域番号: 20H05337
• 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: 大阪市立大学
• 研究代表者: 及川 大輔 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 准教授 (20455330)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2020年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
• キーワード: 直鎖状ユビキチン鎖 / 筋萎縮性側索硬化症 / NDP52 / マイトファジー / ALS

研究開始時の研究の概要

ユビキチンは、オートファジーにより分解されるタンパク質の標識として機能する重要な分子である。中でも、ユビキチンのN末端を介した特殊な連結様式により形成される「直鎖状ユビキチン鎖」は、近年、Xenophagyを始めとした選択的オートファジーにおいて重要な機能を担うことが示され始めている。本研究では、独自の研究ツールを用いたスクリーニングにより、直鎖状ユビキチン鎖が制御する新規オートファジー系を見出し、当該現象を取り巻く因子群の全体像を明らかにし、その分子メカニズムを解明する。

研究実績の概要

ユビキチンのN末端を介した特殊な連結様式により形成される「直鎖状ユビキチン鎖」は、NF-kBなどの炎症シグナルや細胞死を制御するユニークかつ希少なユビキチン鎖として、大きな注目を集めている。これまでの研究から、細胞内で直鎖状ユビキチン鎖を生成する唯一のE3複合体としてHOIL-1L、HOIP、SHARPINからなるLUBAC(linear ubiquitin chain assembly complex)が同定され、様々な疾患と関連することが報告されている。また近年では、Xenophagyなどの選択的オートファジー系にも寄与することが示されている。
本年度は、申請者が独自に見出した直鎖状ユビキチン鎖の代謝異常に伴い亢進する新規タンパク質分解機構に関して、前年度に引き続き化合物ライブラリーやsiRNAを用いて責任因子の探索を進めた。しかしながら、タンパク質分解を顕著に亢進/抑制させる因子を同定することはできなかった。
また、独自のLUBAC活性阻害剤（HOIPINs）を利用して、直鎖状ユビキチン鎖と神経変性疾患因子のプロテオスタシスとの関連性について解析を進め、筋萎縮性側索硬化症（ALS）の原因遺伝子として知られるTDP43が、細胞質局在化に伴いLUBACと結合し直鎖状ユビキチン化されること、また、この直鎖状ユビキチン化がK48型ユビキチン鎖と協調してTDP43の凝集体形成を亢進させる可能性を見出した。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3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] Capacity of extracellular globins to reduce liver fibrosis via scavenging reactive oxygen species and promoting MMP-1 secretion. (2022)
  • 著者名/発表者名: Hieu VN, Thuy LTT, Hai H, Dat NQ, Hoang DV, Hanh NV, Phuong DM, Hoang TH, Sawai H, Shiro Y, Sato-Matsubara M, Oikawa D, Tokunaga F, Yoshizato K, Kawada N.
  • 雑誌名: Redox Biol. 巻: 52 ページ: 102286-102286
  • DOI: 10.1016/j.redox.2022.102286
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Th2 cells and macrophages cooperatively induce allergic inflammation through histamine signaling (2021)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki N, Terawaki S, Shimizu K, Oikawa D, Sakamoto H, Sunami K, Tokunaga F.
  • 雑誌名: Plos One 巻: - 号: 3 ページ: e0248158-e0248158
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0248158
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Th2 cell-derived histamine is involved in nasal Th2 infiltration in mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki N, Terawaki S, Shimizu K, Oikawa D, Sakamoto H, Sunami K, Tokunaga F.
  • 雑誌名: Inflammation Research 巻: In press 号: 5 ページ: 539-541
  • DOI: 10.1007/s00011-021-01458-x
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Crosstalk Between NDP52 and LUBAC in Innate Immune Responses, Cell Death, and Xenophagy. (2021)
  • 著者名/発表者名: Miyashita H, Oikawa D, Terawaki S, Kabata D, Shintani A, Tokunaga F.
  • 雑誌名: Frontiers in Immunology 巻: 12 ページ: 635475-635475
  • DOI: 10.3389/fimmu.2021.635475
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Coordination of retrotransposons and type I interferon with distinct interferon pathways in dermatomyositis, systemic lupus erythematosus and autoimmune blistering disease (2021)
  • 著者名/発表者名: Kuriyama Yuko、Shimizu Akira、Kanai Saki、Oikawa Daisuke、Motegi Sei-ichiro、Tokunaga Fuminori、Ishikawa Osamu
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 23146-23146
  • DOI: 10.1038/s41598-021-02522-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The synchronized gene expression of retrotransposons and type I interferon in dermatomyositis. (2021)
  • 著者名/発表者名: Kuriyama Y, Shimizu A, Kanai S, Oikawa D, Tokunaga F, Tsukagoshi H, Ishikawa O.
  • 雑誌名: Journal of American Academy of Dermatology 巻: 84 号: 4 ページ: 1103-1105
  • DOI: 10.1016/j.jaad.2020.05.051
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 6His-tagged Recombinant Human Cytoglobin Deactivates Hepatic Stellate Cells and Inhibits Liver Fibrosis by Scavenging Reactive Oxygen Species (2021)
  • 著者名/発表者名: Ninh Quoc Dat, Le Thi Thanh Thuy, Vu Ngoc Hieu, Fuminori Tokunaga, Massimo Pinzani, and Norifumi Kawada
  • 雑誌名: Hepatology 巻: 0-0 号: 6 ページ: 0-0
  • DOI: 10.1002/hep.31752
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Linear ubiquitin code: Its writer, erasers, decoders, inhibitors, and implications in disorders. (2020)
  • 著者名/発表者名: Oikawa D, Sato Y, Ito H, and Tokunaga F.
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 21 号: 9 ページ: 3381-3381
  • DOI: 10.3390/ijms21093381
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cellular and Mathematical Analyses of LUBAC Involvement in T Cell Receptor-Mediated NF-κB Activation Pathway (2020)
  • 著者名/発表者名: D.Oikawa, N.Hatanaka, T.Suzuki, F.Tokunaga
  • 雑誌名: Frontiers in Immunology 巻: 11 ページ: 601926-601926
  • DOI: 10.3389/fimmu.2020.601926
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 直鎖状ユビキチン修飾を介した炎症・免疫応答制御機構の研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 及川大輔
  • 学会等名: 第67回日本生化学会近畿支部例会
  • 招待講演
• [学会発表] 全身性エリテマトーデス、皮膚筋炎、自己免疫水泡症における協調したレトロトランスポゾンとⅠ型IFN経路の特徴 (2021)
  • 著者名/発表者名: 栗山 裕子、清水 晶、金井 早紀、及川 大輔、徳永 文稔、石川 治、茂木 精一郎
  • 学会等名: 第68回北関東医学会総会
• [学会発表] A novel LUBAC-associated protein plays important roles in inflammatory response through regulation of programmed cell death. (2021)
  • 著者名/発表者名: Tran Thi Thuy Linh、清水 康平、及川 大輔、高橋 宏隆、澤崎 達也、徳永 文稔
  • 学会等名: 第94回日本生化学会大会
• [学会発表] Identification of OTUD1 deubiquitinase as a regulator for innate immune responses, cell death, and inflammatory bowel disease (2021)
  • 著者名/発表者名: Oikawa D, Gi M, Kosako H, Shimizu K, Shiota M, Takahashi H, Sawasaki T, Tokunaga F.
  • 学会等名: 第94回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] LUBACユビキチンリガーゼと直鎖状ユビキチン鎖が筋萎縮性側索硬化症関連 タンパク質TDP-43の細胞質内凝集形成を促進する (2021)
  • 著者名/発表者名: 寺脇正剛、張強、及川大輔、林邦忠、布村一人、駒川晋輔、臼杵克之助、徳永文稔
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 直鎖状ポリユビキチン鎖デコーダーZnUBPのNF-kBシグナル制御機構の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岩崎誠、長尾和哉、及川大輔、小迫英尊、徳永文稔、高橋宏隆、澤崎達也
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] A novel LUBAC-associated protein regulates NF-kB activation, apoptosis and necroptosis pathway. (2021)
  • 著者名/発表者名: 清水康平、Tran Thi Thuy Linh、 及川大輔、高橋宏隆、澤崎達也、徳永文稔
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Cellular functions regulated by complex-type ubiquitination including linear polyubiquitin chain (2021)
  • 著者名/発表者名: Tokunaga F, Terawaki S, Oikawa D, Shimizu K.
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 非定型型直鎖状ユビキチン鎖を足場とするNF-κB活性化の細胞機能と数理モデル (2020)
  • 著者名/発表者名: 徳永文稔、及川大輔、畑中尚也、鈴木貴
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular bases for HOIPINs-mediated inhibition of LUBAC and innate immune responses. (2020)
  • 著者名/発表者名: Oikawa D, Tokunaga F.
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] NDP52のユビキチン結合性を介した炎症応答・細胞死制御とLUBAC阻害剤の影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 宮下裕久、及川大輔、寺脇正剛、徳永文稔
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
• [学会発表] Mathematical Model of Linear Ubiquitination-mediated NF-κB Activation Pathway (2020)
  • 著者名/発表者名: Tokunaga F, Oikawa D, Hatanaka N, Suzuki T.
  • 学会等名: JSPS Core-to-Core Program “Establishing International Research Network of Mathematical Oncology"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Involvement of atypical linear ubiquitin as a scaffold for inflammatory signaling and proteinopathy (2020)
  • 著者名/発表者名: 徳永文稔、伊東秀文、及川大輔
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Comprehensive identification and functional analysis of novel decoder molecules for linear polyubiquitin chain using a wheat cell-free system. (2020)
  • 著者名/発表者名: Takahashi H, Nagao K, Iwasaki M, Sato Y, Oikawa D, Tokunaga F, Sawasaki T.
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [備考] 大阪市立大学大学院医学研究科分子病態学
  • URL: http://osaka-cu-1seika.umin.jp/