ユビキチン化による炎症・免疫シグナルの時空間制御とその数理シミュレーション

2017 年度 実績報告書

• 研究領域: 数理解析に基づく生体シグナル伝達システムの統合的理解
• 研究課題/領域番号: 16H06575
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 井上 純一郎 東京大学, 医科学研究所, 教授 (70176428)
• 研究分担者: 徳永 文稔 大阪市立大学, 医学(系)研究科(研究院), 教授 (00212069)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• キーワード: シグナル伝達 / 炎症 / 免疫 / 数理モデル

研究実績の概要

近年、蛍光イメージング技術の進歩によって、いくつかの転写因子の核内濃度が周期的に振動することが明らかになってきた。転写因子NF-κBファミリーの一つであるRelAも振動することが知られている。RelAは主にp50とヘテロ二量体を形成し、古典的経路と呼ばれる経路で働き細胞の増殖分化、細胞死を制御する遺伝子を発現誘導する。これまでの報告からRelAの振動は継続的な転写活性の維持に必要であると考えられている。一方、非古典的経路では細胞質に存在するp100/RelB二量体のp100が刺激依存的にp52に部分分解することでRelB/p52が核移行し標的遺伝子が発現誘導される。井上はこれまでにRelBを蛍光タンパク質Venusで可視化したRelB-Venusノックインマウスを作製し、その細胞を用いることで刺激依存的かつ周期的なRelB核内量の振動を観察することに成功した。今年度はこの振動に従来非古典的経路への関与が報告されていなかったタンパク質Xが必須であることを明らかにした。さらにXの核外搬出シグナルであるNuclear export signal (NES)が重要な役割を果たすことも証明した。徳永は、これまでに直鎖状ユビキチン鎖を特異的に生成するLUBACユビキチンリガーゼ(E3)複合体を発見し、LUBACが炎症性サイトカインによる古典的NF-κB経路の活性化を導くことを明らかにした。今年度は、顕著なNF-κBシグナル抑制能を示す新規LUBAC阻害剤を同定し、活性化B細胞様びまん性大細胞型B細胞リンパ腫(ABC-DLBCL)や乾癬などNF-κBの過剰活性化が引き起こす病態抑制に適応できる可能性を見出した。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

NF-κBの非古典的経路が振動すること、さらにその制御にXが関与することは関連領域では全く予想されておらず、まさに新しい概念を見出せた。また、直鎖状ユビキチン鎖を特異的に生成するLUBACユビキチンリガーゼ(E3)複合体の阻害剤を同定しさらにその阻害剤がリンパ腫の治療に応用できればE3を標的とした創薬の可能性を大きく広げることが期待される。

今後の研究の推進方策

井上は１）非古典的経路の振動と転写制御との関係を明らかにする。２）非古典的経路の振動を数理シミュレーションする。３）乳癌腫瘍内での上皮細胞と間葉細胞間の相互転換の制御機構を解明し、それを数理シミュレーションする。４）K63型ユビキチンを介するシグナル伝達の新たな制御機構を解明する。徳永は、１）上野と連携し、今年度見出したLUBAC阻害剤に対して、より強力で選択性が高く毒性を持たないケミカルを合成・探索し、論文発表と知財獲得を目指す。2）鈴木とともに進めているT細胞受容体を介したNF-κB経路の数理解析においてもこの化合物を用いた反応抑制系のシミュレーションを導入し、リンパ球におけるNF-κBシグナルの特性を細胞生物学と数理の両面から明らかにする。3）澤崎・渡部と連携しているNF-κBシグナル制御性新規E3や脱ユビキチン化酵素について細胞機能解析、酵素学的性状の解明、KOマウスを用いた生理機能解析、疾患との関連を明らかにする。4）自然免疫制御タンパク質(STING)の構造と機能相関及び疾患発症機序について石谷とともに詳細に解明する。

研究成果

• [雑誌論文] Generalized verrucosis caused by various human papillomaviruses in a patient with GATA2 deficiency (2018)
  • 著者名/発表者名: Kuriyama Yuko、Hattori Mai、Mitsui Takeki、Nakano Hajime、Oikawa Daisuke、Tokunaga Fuminori、Ishikawa Osamu、Shimizu Akira
  • 雑誌名: The Journal of Dermatology 巻: 45 ページ: e108～e109
  • DOI: 10.1111/1346-8138.14149
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dok-3 and Dok-1/-2 adaptors play distinctive roles in cell fusion and proliferation during osteoclastogenesis and cooperatively protect mice from osteopenia (2018)
  • 著者名/発表者名: Kajikawa Shuhei、Taguchi Yuu、Hayata Tadayoshi、Ezura Yoichi、Ueta Ryo、Arimura Sumimasa、Inoue Jun-ichiro、Noda Masaki、Yamanashi Yuji
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun 巻: 498 ページ: 967～974
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.03.090
  • 査読あり
• [雑誌論文] BI-2536 and BI-6727, dual Polo-like kinase/bromodomain inhibitors, effectively reactivate latent HIV-1 (2018)
  • 著者名/発表者名: Gohda Jin、Suzuki Kazuo、Liu Kai、Xie Xialin、Takeuchi Hiroaki、Inoue Jun-ichiro、Kawaguchi Yasushi、Ishida Takaomi
  • 雑誌名: Sci. Rep 巻: 8 ページ: 3521-3521
  • DOI: 10.1038/s41598-018-21942-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Six-helix bundle completion in the distal C-terminal heptad repeat region of gp41 is required for efficient human immunodeficiency virus type 1 infection (2018)
  • 著者名/発表者名: Liu, D., Wang, H., Yamamoto, M., Song, J., Zhang, R., Du, Q., Kawaguchi, Y., Inoue, J. and Matsuda, Z.
  • 雑誌名: Retrovirology 巻: 15 ページ: (1)27
  • DOI: 10.1186/s12977-018-0410-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mechanisms of Streptococcus pneumoniae-1 targeted autophagy via pneumolysin, Golgi-resident Rab41, and Nedd4-1 mediated K63-linked ubiquitination. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ogawa, M., Matsuda, R., Takada, N., Tomokiyo, M., Yamamoto, S., Shizukusihi, S., Yamaji, T., Yoshikawa, Y., Yoshida, M., Tanida, I., Koike, M., Murai, M., Morita, H., Takeyama, H., Ryo, A., Guan, J.-L., Yamamoto, M., Inoue, J., Yanagawa, T., Fukuda, M., Kawabe, H. and Ohnishi, M.
  • 雑誌名: Cell Microbiol. 巻: 26 ページ: e12846
  • DOI: 10.1111/cmi.12846
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] In-frame Val216-Ser217 deletion of KIT in mild piebaldism causes aberrant secretion and SCF response. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hattori M, Ishikawa O, Oikawa D, Amano H, Yasuda M, Kaira K, Ishida-Yamamoto A, Nakano H, Sawamura D, Terawaki SI, Wakamatsu K, Tokunaga F, Shimizu A
  • 雑誌名: J. Dermatol. Sci. 巻: in press ページ: in press
  • DOI: 10.1016/j.jdermsci.2018.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mechanistic insight into the repigmentation of piebaldism: functional characterization of a mutant KIT in melanocyte regeneration. (2018)
  • 著者名/発表者名: Hattori M, Oikawa D, Amano H, Yasuda M, Kaira K, Ishida-Yamamoto A, Nakano H, Sawamura D, Terawaki S, Wakamatsu K, Tokunaga F, Ishikawa O, Shimizu A.
  • 雑誌名: J. Dermatol. 巻: in press ページ: in press
  • DOI: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Generation of rat monoclonal antibodies specific for DZIP3. (2018)
  • 著者名/発表者名: Oikawa D, Shiota M, Tokunaga F, Wanibuchi H.
  • 雑誌名: Monoclon. Antib. Immunodiagn. Immunother. 巻: in press ページ: in press
  • DOI: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epistasis between TIFAB and miR-146a: neighboring genes in del(5q) myelodysplastic syndrome (2017)
  • 著者名/発表者名: Varney M E、Choi K、Bolanos L、Christie S、Fang J、Grimes H L、Maciejewski J P、Inoue J-I、Starczynowski D T
  • 雑誌名: Leukemia 巻: 31 ページ: 1659～1659
  • DOI: 10.1038/leu.2017.95
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Basal autophagy prevents autoactivation or enhancement of inflammatory signals by targeting monomeric MyD88 (2017)
  • 著者名/発表者名: Into Takeshi、Horie Toshi、Inomata Megumi、Gohda Jin、Inoue Jun-ichiro、Murakami Yukitaka、Niida Shumpei
  • 雑誌名: Sci. Rep 巻: 7 ページ: 1009-1009
  • DOI: 10.1038/s41598-017-01246-w
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Intratumoral bidirectional transitions between epithelial and mesenchymal cells in triple-negative breast cancer (2017)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Mizuki、Sakane Kota、Tominaga Kana、Gotoh Noriko、Niwa Takayoshi、Kikuchi Yasuko、Tada Keiichiro、Goshima Naoki、Semba Kentaro、Inoue Jun-ichiro
  • 雑誌名: Cancer Sci. 巻: 108 ページ: 1210～1222
  • DOI: 10.1111/cas.13246
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chemical Synthesis of d-glycero-d-manno-Heptose 1,7-Bisphosphate and Evaluation of Its Ability to Modulate NF-κB Activation (2017)
  • 著者名/発表者名: Inuki Shinsuke、Aiba Toshihiko、Kawakami Shota、Akiyama Taishin、Inoue Jun-ichiro、Fujimoto Yukari
  • 雑誌名: Org. Lett. 巻: 19 ページ: 3079～3082
  • DOI: 10.1021/acs.orglett.7b01158
  • 査読あり
• [雑誌論文] miR-146a-Traf6 regulatory axis controls autoimmunity and myelopoiesis, but is dispensable for hematopoietic stem cell homeostasis and tumor suppression (2017)
  • 著者名/発表者名: Magilnick Nathaniel、Reyes Estefany Y.、Wang Wei-Le、Vonderfecht Steven L.、Gohda Jin、Inoue Jun-ichiro、Boldin Mark P.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 114 ページ: E7140～E7149
  • DOI: 10.1073/pnas.1706833114
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A Dithiol Compound Binds to the Zinc Finger Protein TRAF6 and Suppresses Its Ubiquitination (2017)
  • 著者名/発表者名: Koga Ryoko、Radwan Mohamed O.、Ejima Tomohiko、Kanemaru Yosuke、Tateishi Hiroshi、Ali Taha F. S.、Ciftci Halil Ibrahim、Shibata Yuri、Taguchi Yuu、Inoue Jun-ichiro、Otsuka Masami、Fujita Mikako
  • 雑誌名: ChemMedChem 巻: 12 ページ: 1935～1941
  • DOI: 10.1002/cmdc.201700399
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Endoplasmic reticulum stress in the pathogenesis of pretibial dystrophic epidermolysis bullosa (2017)
  • 著者名/発表者名: Hattori M.、Shimizu A.、Oikawa D.、Kamei K.、Kaira K.、Ishida-Yamamoto A.、Nakano H.、Sawamura D.、Tokunaga F.、Ishikawa O.
  • 雑誌名: Br. J. Dermatol. 巻: 177 ページ: e92～e93
  • DOI: 10.1111/bjd.15342
  • 査読あり
• [学会発表] ゲノム編集技術CRISPR/Cas9システムを利用したBasal-like乳癌モデルマウスの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 阿部智帆、山本瑞生、井上純一郎
  • 学会等名: 先端モデル動物支援プラットフォーム 成果発表会
• [学会発表] Characterization of a novel LUBAC inhibitor, HOIPIN-1 (2018)
  • 著者名/発表者名: Oikawa D, Hanada K, Terawaki S, Sakamoto S, Tokunaga F
  • 学会等名: Keystone Symposia-ubiquitin signaling
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 新規スクリーニングシステムによる破骨細胞分化阻害薬の同定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田口祐、井上純一郎
  • 学会等名: 第35回日本骨代謝学会学術集会
• [学会発表] 破骨細胞形成の細胞融合におけるTRAF6依存性分子機構の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 弓桁洋、田口祐、井上純一郎
  • 学会等名: 第35回日本骨代謝学会学術集会
• [学会発表] NF-κBシグナルによるTriple negative乳がんの悪性化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 井上純一郎
  • 学会等名: 第4回包括的緩和医療科化学学術研究会・第5回Tokyo疼痛緩和次世代研究
  • 招待講演
• [学会発表] トリプルネガティブ乳癌における上皮‐間葉‐腫瘍内双方向転換の制御機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山本瑞生、井上純一郎
  • 学会等名: 第76回日本癌学会学術総会
• [学会発表] Intratumoral bidirectional transitions between epithelial and mesenchymal cells in triple-negative breastnancer (2017)
  • 著者名/発表者名: 山本瑞生、井上純一郎
  • 学会等名: Adovances in Breast Cancer Research
  • 国際学会
• [学会発表] Basal-like乳癌における腫瘍内上皮間葉転換機構の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山本瑞生、後藤典子、井上純一郎
  • 学会等名: 金沢大学がん進展制御研究所 共同利用・共同研究拠点シンポジウム
• [学会発表] 非古典的NF-kB経路の１細胞ライブイメージング (2017)
  • 著者名/発表者名: 井上純一郎
  • 学会等名: ConBio2017 第40回日本分子生物学会年会・第90回日本生化学会大会
• [学会発表] IκBαとP100によってRelBのダイナミクスは制御されている (2017)
  • 著者名/発表者名: 関崇生、田口祐、井上純一郎
  • 学会等名: ConBio2017 第40回日本分子生物学会年会・第90回日本生化学会大会
• [学会発表] 破骨細胞形成の細胞融合におけるTRAF6依存性分子機構の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 弓桁洋、田口祐、井上純一郎
  • 学会等名: ConBio2017 第40回日本分子生物学会年会・第90回日本生化学会大会
• [学会発表] マイトファジー受容体のユビキチン結合性はNF-κBと細胞死制御に関与する (2017)
  • 著者名/発表者名: 及川大輔、徳永文稔
  • 学会等名: 第64回日本生化学会 近畿支部会
• [学会発表] NDP52のユビキチン結合性はNF-κBと細胞死制御に関与する (2017)
  • 著者名/発表者名: 葛谷早喜子、及川大輔、徳永文稔
  • 学会等名: ConBio2017
• [学会発表] 直鎖状ユビキチン鎖生成酵素(LUBAC)に対する新規阻害剤の細胞・生化学機構と疾患治療への応用 (2017)
  • 著者名/発表者名: 及川大輔、葛谷早喜子、花田和希、寺脇正剛、鶴田大輔、坂本信二、徳永文稔
  • 学会等名: ConBio2017
• [学会発表] LUBAC活性を制御する新規RING型ユビキチンリガーゼの機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 阿部貴則、後藤栄治、及川大輔、高橋宏隆、堀居拓郎、寺脇正剛、畑田出穂、澤崎達也、徳永文稔
  • 学会等名: ConBio2017
• [学会発表] JurkatヒトT細胞株におけるLUBACの機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 後藤栄治、徳永文稔
  • 学会等名: ConBio2017
• [学会発表] NF-κB活性制御に関わる新規OTU型脱ユビキチン化酵素の同定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 後藤栄治、阿部貴則、徳永文稔
  • 学会等名: ConBio2017
• [学会発表] コムギ無細胞人プレテインアレイを基盤とした新規直鎖状ユビキチン結合タンパク質の探索と機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 長尾和哉、中島達朗、高橋宏隆、徳永文稔、澤崎達也
  • 学会等名: ConBio2017
• [学会発表] 85種類のヒト脱ユビキチン化酵素(DUB)の完全超組換えタンパク質を用いたポリユビキチン鎖特異性決 (2017)
  • 著者名/発表者名: 桑田翔平、山中総士、岡田健吾、後藤栄治、徳永文稔、高橋宏隆、澤崎達也
  • 学会等名: ConBio2017