シャペロン介在型E3リガーゼSTUB1を軸としたプロテオスタシス調節薬の開発

• 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: 21H00274
• 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: 東京大学
• 研究代表者: 合山 進 東京大学, 大学院新領域創成科学研究科, 教授 (80431849)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 5,200千円 (直接経費: 4,000千円、間接経費: 1,200千円); 2022年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円); 2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: タンパク質間相互作用 / 熱ショックタンパク質 / ユビキチン / Alphascreen / Split-TurboID / Split-GFP / STUB1 / プロテオスタシス / ユビキチンリガーゼ

研究開始時の研究の概要

細胞内におけるタンパク質の恒常性(プロテオスタシス)は、タンパク質の合成、フォールディング、分解のバランスによって保たれています。プロテオスタシスは、タンパク質の折り畳みを介助する分子シャペロンとして働く熱ショックタンパク質や、折り畳みに失敗したタンパク質をユビキチン化して分解するE3リガーゼSTUB1などの働きによって維持されています。本研究では、このシャペロン介在型E3リガーゼSTUB1を軸とした新しいプロテオスタシス調節薬を開発します。

研究実績の概要

細胞内におけるタンパク質の恒常性(プロテオスタシス)は、タンパク質の合成、フォールディング、分解のバランスによって保たれている。プロテオスタシスは、タンパク質の折り畳みを介助する分子シャペロンとして働く熱ショックタンパク質や、折り畳みに失敗したタンパク質をユビキチン化して分解するE3リガーゼSTUB1などの働きによって維持されている。本研究では、STUB1と熱ショックタンパク質との関係を詳細に解析し、STUB1によるユビキチン化誘導にはHSP70との協調が必須であるのに対し、HSP90は寧ろ抑制的に働くことを見出した。また、STUB1-HSP70/HSP90複合体の近接分子を探索するための実験系としてSplit-TurboIDシステムを開発した。TurboIDは周囲の分子をビオチン化する機能を持つ酵素であり、私達の開発したシステムでは、STUB1とHSP70もしくはHSP90が結合すると分割されていたTurboIDが再生して、周囲の分子をビオチン化する。このSplit-TurboIDシステムとLC/MS解析を組み合わせ、STUB1/HSP70およびSTUB1/HSP90複合体のインタラクトーム解析を行い、両複合体の近接分子を網羅的に同定した。さらに、STUB1-HSP70, STUB1-HSP90結合を検出する手法としてコムギ無細胞AlphaScreen及びNanoBiTシステムを確立した。これらの実験系と東大創薬機構の化合物を活用して化合物スクリーニングを行い、STUB1と熱ショックタンパク質の結合を阻害・増強する作用を持つ複数の化合物を同定した。これらは、STUB1の機能を変化させて細胞内のプロテオスタシス調節薬として働く可能性があり、今後検証を進めていく。

現在までの達成度 (段落)

令和4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4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] The E3 ligase DTX2 inhibits RUNX1 function by binding its C-terminus and prevents the growth of RUNX1-dependent leukemia cells. (2023)
  • 著者名/発表者名: Taishi Yonezawa, Hirotaka Takahashi, Yangying Hao, Chie Furukawa, Akiho Tsuchiya, Wenyu Zhang, Tsuyoshi Fukushima, Tomofusa Fukuyama, Tatsuya Sawasaki, Toshio Kitamura, Susumu Goyama
  • 雑誌名: FEBS Journal 巻: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] A histone modifier, ASXL1, interacts with NONO and is involved in paraspeckle formation in hematopoietic cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Keita、Goyama Susumu、Asada Shuhei、Fujino Takeshi、Yonezawa Taishi、Sato Naru、Takeda Reina、Tsuchiya Akiho、Fukuyama Tomofusa、Tanaka Yosuke、Yokoyama Akihiko、Toya Hikaru、Kon Ayana、Nannya Yasuhito、Onoguchi-Mizutani Rena、Nakagawa Shinichi、Hirose Tetsuro、Ogawa Seishi、Akimitsu Nobuyoshi、Kitamura Toshio
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 36 号: 8 ページ: 109576-109576
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109576
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] CRISPR-dCas9 activation全ゲノムスクリーニング法による骨髄系腫瘍に対するDecitabineの作用機序の解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 藪下知宏、知念拓実、西山敦哉、南谷泰仁、中西真、北川大樹、北村俊雄、合山進
  • 学会等名: 第40 回染色体ワークショップ、第21回核ダイナミクス研究会
• [学会発表] ASXL1によるパラスペックル制御と白血病 (2022)
  • 著者名/発表者名: 山本圭太、合山進、北村俊雄
  • 学会等名: 第81回日本癌学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Development of proteostasis modulators targeting the co-chaperon E3 ligase STUB1 (2022)
  • 著者名/発表者名: Yangying Hao, Susumu Goyama
  • 学会等名: Ubiquitin New Frontier
• [学会発表] unable knockdown of target genes by the novel CRISPR/Cas13 degron system (2022)
  • 著者名/発表者名: Keita Yamamoto, Susumu Goyama
  • 学会等名: Ubiquitin New Frontier
• [学会発表] Decitabine induces excessive DNA-DNMT1 crosslinks and perturbs faithful mitosis of myeloid tumors (2022)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Yabushita, Shuhei Asada, Keita Yamamoto, Naru Sato, Yutaka Enomoto, Yosuke Tanaka, Tomofusa Fukuyama, Atsuya Nishiyama, Makoto Nakanishi, Toshio Kitamura, Susumu Goyama
  • 学会等名: 第84回日本血液学会学術集会
• [学会発表] Mitotic Perturbation Is a Key Mechanism of Action of Decitabine in Myeloid Tumor Treatment (2022)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Yabushita, Takumi Chinen, Atsuya Nishiyama, Shuhei Asada, Keita Yamamoto, Naru Sato, Yutaka Enomoto, Yosuke Tanaka,Keiko Katoh, Kaori Saitoh, Takamasa Ishikawa, Hitoshi Sato, Tomoyoshi Soga, Yasuhito Nannya, Makoto Nakanishi, Daiju Kitagawa,Toshio Kitamura, Susumu Goyama
  • 学会等名: 64th American Society of Hematology (ASH) Annual Meeting and Exposition
  • 国際学会
• [学会発表] A histone modifier ASXL1 interacts with NONO and is involved in paraspeckle formation in hematopoietic cells (2021)
  • 著者名/発表者名: 山本圭太、合山進、浅田修平、藤野赳至、米澤太志、佐藤成、竹田玲奈、福山朋房、田中洋介、横山明彦、昆彩奈、南谷泰仁、小野口玲菜、秋光信佳、小川誠司、北村俊雄
  • 学会等名: 第83回日本血液学会学術集会
• [学会発表] Biochemical and functional analysis of STUB1-HSP70/90 complex (2021)
  • 著者名/発表者名: カク楊穎、合山進
  • 学会等名: 新学術領域研究「ケモユビキチン」第3回若手主体発表会
• [学会発表] Biochemical and functional analysis of STUB1-HSP70/90 complex (2021)
  • 著者名/発表者名: カク楊穎、合山進
  • 学会等名: 新学術領域研究「ケモユビキチン」第4回若手主体発表会
• [備考]
  • URL: http://ubiquitin.jp/l_goyama.html