直鎖型ポリユビキチン鎖合成の構造的基盤の解明

• 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: 25112514
• 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: 京都大学
• 研究代表者: 杤尾 豪人 京都大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (70336593)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円); 2014年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2013年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円)
• キーワード: 構造解析 / ユビキチン / NMR / X線結晶構造解析 / 構造生物学 / NF-κB

研究実績の概要

本課題では、直鎖型Ub鎖の合成に与るユビキチンリガーゼ、LUBAC（Linear UBiquitin chain Assembly Complex）のUb鎖伸長機構の解明を目指し、構造生物学的研究を行った。LUBACは、HOIL-1L、HOIP、SHARPINからなるが、このうち、HOIL-1LとHOIPからなる二者複合体でも直鎖型Ub鎖の伸長が行え、さらにはその一部領域（miniLUBAC）でも、直鎖Ub伸長活性があるので、まずはminiLUBACの解析を試みた。しかしながら、安定した試料を調製できたものの、結晶化には至っておらず、現在も検討中である。他方、LUBACのヘテロ三量体が形成される機構を解明するために、HOIPとSHARPINの複合体形成を調べた。両者が相互作用する部位からなる複合体を調製し結晶化を試みたところ、結晶が得られる条件を見出した。但し、X線結晶回折実験から得られたデータは、分解能７～８オングストロームと不十分であった。コンストラクトの再検討を進めている。

以上と平行して進めていた、オートファジー系に関わるユビキチン結合タンパク質であるNBR1のUBA(Ubiquitin association domain)の立体構造解析を完了した。NMR滴定実験から、当該UBAのユビキチン結合様式は典型的なUBAドメインと同様であることが分かった。また、このUBAが二量化することも見出した。但し、このUBA二量体は、p62 UBAの二量体ほど安定ではないことも分かった。さらに、ITC(Isothermal Titration Calorimetry)によってUBAとLys48ポリユビキチン鎖、Lys63ポリユビキチン鎖との結合実験を行った結果、何れの鎖にも同程度の親和性で結合することを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

26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

26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 unexpected role of polyubiquitin chains in the formation of fibrillar aggregates. (2015)
  • 著者名/発表者名: Morimoto D,Walinda E, Fukada H, Sou YS, Kageyama S, Hoshino M, Fujii T, Tsuchiya H, Saeki Y, Arita K, Ariyoshi M, Tochio H, Iwai K, Namba K, Komatsu M, Tanaka K, Shirakawa M.
  • 雑誌名: Nat Commun. 巻: 6 号: 1 ページ: 6116-6116
  • DOI: 10.1038/ncomms7116
  • NAID: 120005528125
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The structural basis for receptor recognition of human interleukin-18 (2014)
  • 著者名/発表者名: Naotaka Tsutsumi, Takeshi Kimura, Kyohei Arita, Mariko Ariyoshi, Hidenori Ohnishi, Takahiro Yamamoto, Xiaobing Zuo, Katsumi Maenaka, Enoch Y. Park, Naomi Kondo, Masahiro Shirakawa, Hidehito Tochio and Zenichiro Kato
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 5 5340 号: 1 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1038/ncomms6340
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Solution Structure of the Ubiquitin-associated (UBA) Domain of Human Autophagy Receptor NBR1 and its Interaction with Ubiquitin and Polyubiquitin. (2014)
  • 著者名/発表者名: E. Walinda, D. Morimoto. K. Sugase. T. Konuma. H. Tochio, M. Shirakawa
  • 雑誌名: The Journal of Biological Chemistry 巻: (印刷中) 号: 20 ページ: 13890-13902
  • DOI: 10.1074/jbc.m114.555441
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Functional assessment of the mutational effects of human IRAK4 and MyD88 genes. (2014)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto T, Tsutsumi N, Tochio H, Ohnishi H, Kubota K, Kato Z, Shirakawa M, Kondo N.
  • 雑誌名: Mol Immunol 巻: 58(1) 号: 1 ページ: 66-76
  • DOI: 10.1016/j.molimm.2013.11.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pruning the ALS-associated protein SOD1 for in-cell NMR. (2013)
  • 著者名/発表者名: Danielsson J, Inomata K, Murayama S, Tochio H, Lang L, Shirakawa M, Oliveberg M.
  • 雑誌名: Journal of the American Chemical Society 巻: 135（28） 号: 28 ページ: 10266-10269
  • DOI: 10.1021/ja404425r
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] The structural basis for receptor recognition of interleukin-18 (2014)
  • 著者名/発表者名: Hidehito Tochio
  • 学会等名: International NMR Symposium on Pharmaceutical NMR
  • 発表場所: Osaka University
  • 年月日: 2014-12-20
  • 招待講演
• [学会発表] タンパク質NMRの生体系への応用：新規MRI及びin-cell NMR法 (2014)
  • 著者名/発表者名: 杤尾 豪人
  • 学会等名: 第53回NMR討論会
  • 発表場所: 大阪大学コンベンションセンター
  • 年月日: 2014-11-04 – 2014-11-06
  • 招待講演
• [学会発表] Structural study of the recognition mode of interleukin-18 by the receptors. (2014)
  • 著者名/発表者名: Hidehito Tochio
  • 学会等名: Symposium on Structure and Folding of Disease Related Proteins
  • 発表場所: Seoul University
  • 年月日: 2014-07-11
  • 招待講演
• [学会発表] Structural insights into the recognition mode of interleukin-18 by the receptors. (2013)
  • 著者名/発表者名: N. Tsutsumi, T. Kimura , K. Arita , H. Ohnishi , M. Ariyoshi , X. Zuo , N. Kondo , M. Shirakawa, Z. Kato, H. Tochio
  • 学会等名: The 5th EMBO meeting 2013
  • 発表場所: Amsterdam, Holland