未開拓プロテオームの同定・定量技術の開発

2020 年度 実績報告書

• 研究領域: マルチファセット・プロテインズ：拡大し変容するタンパク質の世界
• 研究課題/領域番号: 20H05930
• 研究機関: 新潟大学
• 研究代表者: 松本 雅記 新潟大学, 医歯学系, 教授 (60380531)
• 研究期間 (年度): 2020-11-19 – 2025-03-31
• キーワード: プロテオミクス / 質量分析 / プロテオゲノミクス

研究実績の概要

近年、未知のオープンリーディングフレームの発見や非典型的な翻訳開始や終結などが多数見出されており、実際のプロテオームはより複雑でこれまでの常識の範囲の中では探出せないタンパク質を多数含んでいる可能性が高まっている。このような未知のプロテオームの探索には、核酸オミクス解析等で得られた情報を用いて質量分析データを解析する、いわゆるプロテオゲノミクスの利用が考えられる。本研究では、さまざまな先端技術を取り入れることで新たなプロテオゲノミクスの枠組みである『仮説駆動型プロテオゲノミクス解析基盤』を創出を目指す。
R2年度は、１）未開拓プロテオーム探索プローブデザインツールの構築、および２）大規模ペプチド評品の取得技術の確立を実施した。　1)に関しては、任意のタンパク質配列や核酸配列情報を登録し、質量分析に適した感度と特異度を有するペプチドを選定し可視化できるデータベースの開発を行った。さらに、他の計画班との連携のもとにRiboSeqデータなどを取り込み、新規ORF情報を質量分析データ解析に利用できるよう整備した。
2)に関しては、まず内部標準ペプチド連結体取得法を確立した。上述したデータベースを用いて、標的タンパク質特異的ペプチドを組み合わせた連結体をデザインした。また連結体タンパク質を同位体標識するが必要であるが、標識効率を最大限高めるためにアミノ酸合成経路酵素を欠失した変異株を作製し、高効率（99.95-99.97%）に標識を入れることを可能とした。次に、それぞれの連結体を識別定量するために定量タグ（QuantiCode）を開発した。最終的に100種類に上る異なるQuantiCodeタグを開発し、これらを組み込んだベクター系を構築した。タグを付加した連結体は同時に試料中に添加することが可能であり、正確かつ容易に絶対定量を実施できることを確認した。

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

新型コロナウイルス感染症による影響：輸入制限により実験装置部品の納期遅延により、本研究に必要な機器の年度内導入が不可能となった。しかしながら、実験資材を不要とするデータベース開発や分子生物学的な実験等に注力し、これらが予定よりも進んだことから、機器導入後すぐに予定の実験に取り掛かれる準備が整った。

今後の研究の推進方策

新たなプロテオゲノミクス解析基盤に必要なインフォマティクスや評品タンパク質発現系の構築はR2年度で完了した。これを用いて新規タンパウ質を解析するには、高スループットかつ高深度プロテオミクスの解析基盤を確立する必要がある。R4年度に導入される質量分析計を用いて、近年注目されているデータ非依存分析法やイオンモビリティーを用いた気相分画法、さらには高スループット分析が可能な液体クロマトグラフィーなどを組み合わせて、従来の質量分析計によるタンパク質同定の深度を２倍以上上げることを目指す。確立した技術を用いて新規のオープンリーディングフレームの発見を進める。

研究成果

• [雑誌論文] Senolysis by glutaminolysis inhibition ameliorates various age-associated disorders (2021)
  • 著者名/発表者名: Johmura Y, Yamanaka T, Omori S, Wang T, Sugiura Y, Matsumoto M, Suzuki N, Kumamoto S, Yamaguchi K, Hatakeyama S, Takami T, Yamaguchi R, Shimizu E, Ikeda K, Okahashi N, Mikawa R, Suematsu M, Arita M, Sugimoto M, Nakayama KI, Furukawa Y, Imoto S, Nakanishi M.
  • 雑誌名: Science 巻: 371 ページ: 265～270
  • DOI: 10.1126/science.abb5916
  • 査読あり
• [雑誌論文] Trans-omic analysis reveals obesity-associated dysregulation of inter-organ metabolic cycles between the liver and skeletal muscle (2021)
  • 著者名/発表者名: Egami R, Kokaji T, Hatano A, Yugi K, Eto M, Morita K, Ohno S, Fujii M, Hironaka K, Uematsu S, Terakawa A, Bai Y, Pan Y, Tsuchiya T, Ozaki H, Inoue H, Uda S, Kubota H, Suzuki Y, Matsumoto M, Nakayama KI, Hirayama A, Soga T, Kuroda S.
  • 雑誌名: iScience 巻: 24 ページ: 102217～102217
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.102217
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Novel localizations and interactions of intercellular bridge proteins revealed by proteomic profiling† (2020)
  • 著者名/発表者名: Iwamori T, Iwamori N, Matsumoto M, Imai H, Ono E.
  • 雑誌名: Biology of Reproduction 巻: 102 ページ: 1134～1144
  • DOI: 10.1093/biolre/ioaa017
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tyrosine pre-transfer RNA fragments are linked to p53-dependent neuronal cell death via PKM2 (2020)
  • 著者名/発表者名: Inoue M, Hada K, Shiraishi H, Yatsuka H, Fujinami H, Morisaki I, Nishida Y, Matsubara E, Ishitani T, Hanada R, Matsumoto M, Penninger JM, Ihara K, Hanada T.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 525 ページ: 726～732
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2020.02.157
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cell cycle?dependent localization of the proteasome to chromatin (2020)
  • 著者名/発表者名: Kito Y, Matsumoto M, Hatano A, Takami T, Oshikawa K, Matsumoto A, Nakayama KI.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 10 ページ: －
  • DOI: 10.1038/s41598-020-62697-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The Autism-Related Protein SETD5 Controls Neural Cell Proliferation through Epigenetic Regulation of rDNA Expression (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa T, Hattori S, Nobuta R, Kimura R, Nakagawa M, Matsumoto M, Nagasawa Y, Funayama R, Miyakawa T, Inada T, Osumi N, Nakayama KI, Nakayama K.
  • 雑誌名: iScience 巻: 23 ページ: 101030～101030
  • DOI: 10.1016/j.isci.2020.101030
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Chemical acetylation of mitochondrial transcription factor A occurs on specific lysine residues and affects its ability to change global DNA topology (2020)
  • 著者名/発表者名: Fang Y, Akimoto M, Mayanagi K, Hatano A, Matsumoto M, Matsuda S, Yasukawa T, Kang D.
  • 雑誌名: Mitochondrion 巻: 53 ページ: 99～108
  • DOI: 10.1016/j.mito.2020.05.003
  • 査読あり
• [雑誌論文] A phospho-switch controls RNF43-mediated degradation of Wnt receptors to suppress tumorigenesis (2020)
  • 著者名/発表者名: Tsukiyama T, Zou J, Kim J, Ogamino S, Shino Y, Masuda T, Merenda A, Matsumoto M, Fujioka Y, Hirose T, Terai S, Takahashi H, Ishitani T, Nakayama KI, Ohba Y, Koo BK. and Hatakeyama S.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 11 ページ: －
  • DOI: 10.1038/s41467-020-18257-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Transomics analysis reveals allosteric and gene regulation axes for altered hepatic glucose-responsive metabolism in obesity (2020)
  • 著者名/発表者名: Kokaji T, Hatano A, Ito Y, Yugi K, Eto M, Morita K, Ohno S, Fujii M, Hironaka KI, Egami R, Terakawa A, Tsuchiya T, Ozaki H, Inoue H, Uda S, Kubota H, Suzuki Y, Ikeda K, Arita M, Matsumoto M, Nakayama KI, Hirayama A, Soga T, Kuroda S.
  • 雑誌名: Science Signaling 巻: 13 ページ: －
  • DOI: 10.1126/scisignal.aaz1236
  • 査読あり
• [学会発表] 質量分析計を基盤とするがんのマルチオミクス解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松本 雅記
  • 学会等名: 第80回日本癌学会学術総会
  • 招待講演
• [学会発表] 定量プロテオミクスを用いたがん研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松本 雅記
  • 学会等名: 第17回日本病理学会カンファレンス
  • 招待講演
• [学会発表] iMPAQT ver. 2: New platform for absolute quantification of proteins of interest (2021)
  • 著者名/発表者名: Masaki Matsumoto
  • 学会等名: 10th AOHUPO
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] タンパク質の精密定量による生命システムの定量的描出 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松本 雅記
  • 学会等名: 生体コモンスペース研究会
  • 招待講演
• [学会発表] ペプチドセントリックな定量プロテオミクスを用いた未開拓プロテオームの実体解明への挑戦 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松本 雅記
  • 学会等名: 第94回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 高感度・ハイスループットプロテオミクスによるがん代謝研究 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松本 雅記
  • 学会等名: 内分泌代謝学サマーセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 質量分析計を用いた未開拓プロテオームへの挑戦 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松本 雅記
  • 学会等名: 日本プロテオーム学会2021年大会
• [学会発表] ペプチド先導型プロテオミクス 精密で信頼性の高いタンパク質定量技術 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松本 雅記
  • 学会等名: CBI学会
  • 招待講演