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2014 年度 実績報告書

選択的ユビキチン識別機構の構造生物学

計画研究

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 24112009
研究機関兵庫県立大学

研究代表者

水島 恒裕  兵庫県立大学, 生命理学研究科, 教授 (90362269)

研究分担者 加藤 龍一  大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 准教授 (50240833)
研究期間 (年度) 2012-06-28 – 2017-03-31
キーワードタンパク質 / ユビキチン / 構造生物学 / 分子認識 / X線結晶構造解析
研究実績の概要

ユビキチン鎖により制御される生命現象の反応機構の解析を目指し、構造生物学的な手法を用いた研究を行った。
研究代表者グループは、赤痢菌などの病原性細菌が感染時に宿主の免疫系や細胞接着に関連するタンパク質を阻害するために分泌するエフェクターの中で、ユビキチン経路を標的とするOspIとIpaHの構造解析を行った。OspIは宿主のユビキチン結合酵素Ubc13を脱アミド化することでTRAF6の活性化を阻害するエフェクターであり、これまでに野生型およびC62A変異体の立体構造を決定した。本酵素の詳細な触媒活性機構の理解およびUbc13の脱アミド化によりTRAF6の活性化はどのように阻害されているかを理解するため、OspI C62S変異体、脱アミド化状態のUbc13の結晶構造をそれぞれ、2.20Å、2.65Å分解能で決定した。また、ユビキチンリガーゼであるKeap1の基質認識ドメインであるKeap1 DCドメインと基質であり酸化ストレス応答に関わる転写因子Nrf2のKeap1結合領域(DLGex)との複合体結晶構造解析を行うと共に、熱力学的、酵素学的手法を用いた相互作用解析によりKeap1とNrf2 DLGexの結合様式を明らかにした。
分担者グループは哺乳類細胞において新合成ポリペプチドの構造不良(疎水性)領域を特異的に認識しこれらをプロテアソーム系へ輸送する新因子であるBAG6と相互作用する因子Ubl4aとの複合体のX線結晶構造解を行い、立体構造を決定した。また、立体構造に基づき変異体を作成し、その生化学的および生理学的解析を行った。

現在までの達成度 (区分)
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

ユビキチン鎖の形成に関わるユビキチンリガーゼKeap1を基質であるNrf2との複合体状態として構造解析を行い、その認識および反応に関する新たな知見をえた。また、研究成果を論文として報告した。さらに、領域内の共同研究によりBAG6とUbl4aの立体構造を決定し、論文として投稿した。赤痢菌によるユビキチンリガーゼTRAF6の機能制御の分子機構を構造解析及び立体構造に基づく研究から示した。その他、領域内共同研究も開始、進展しており成果が出始めている。

今後の研究の推進方策

本研究はユビキチン鎖により制御される生命現象を、構造生物学的手法を用いて解析することにより、理解することを目指すものである。ユビキチンリガーゼは本経路において特異的にユビキチン鎖を形成することで、生命現象の制御に大きな役割を果たしている。本年度、構造解析を行ったKeap1に関しては立体構造を基盤とした機能の解析を進めると共に、Keap1が創薬のターゲットとして注目されていることから、その機能を制御する化合物との複合体結晶構造解析を行う。また、領域内で共同研究を進めている赤痢菌ユビキチンリガーゼIpaHの構造解析を行う計画である。
BAG6に関してはUbl4aとの複合体構造解析に成功したことから、その機能解析を進める。
これらの研究と共に、領域内で研究が行われているユビキチンリガーゼ、脱ユビキチン化酵素などの共同研究を進める。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件、 謝辞記載あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (12件) (うち招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Structure of a BAG6 (Bcl-2-associated Athanogene 6)-Ubl4a (Ubiquitin-like Protein 4a) Complex Reveals a Novel Binding Interface That Functions in Tail-anchored Protein Biogenesis2015

    • 著者名/発表者名
      Kuwabara, N., Minami, R., Yokota, N., Matsumoto, H., Senda, T., Kawahara, H., Kato, R.
    • 雑誌名

      J. Biol.Chem.

      巻: 印刷中 ページ: 印刷中

    • DOI

      doi: 10.1074/jbc.M114.631804.

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Kinetic, Thermodynamic and Structural Characterizations of Association between Nrf2-DLGex Degron and Keap1.2014

    • 著者名/発表者名
      Fukutomi, T., Takagi, K., Mizushima, T., Ohuchi, N., and Yamamoto, M.
    • 雑誌名

      Moll Cell Biol.

      巻: 34 ページ: 832-846

    • DOI

      doi: 10.1128/MCB.01191-13.

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Bacterial Effectors and Their Functions in the Ubiquitin-Proteasome System: Insight from the Modes of Substrate Recognition.2014

    • 著者名/発表者名
      Kim, M., Otsubo, R., Morikawa, H., Nishide, A., Takagi, K., Sasakawa, C., Mizushima, T.
    • 雑誌名

      Cells

      巻: 3 ページ: 848-864

    • DOI

      doi: 10.3390/cells3030848.

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 新生タンパク質の品質管理に関与するBAG6-Ubl4a複合体の構造機能解析2015

    • 著者名/発表者名
      桑原直之、横田直人、千田俊哉、川原裕之、加藤龍一
    • 学会等名
      第3回物構研サイエンスフェスタ
    • 発表場所
      つくば国際会議場 (茨城県つくば市)
    • 年月日
      2015-03-17
  • [学会発表] Structural Basis for the Recognition of Ubc13 by the Shigella flexneri Effector OspI2015

    • 著者名/発表者名
      Nishide, A., Kim, M., Takagi, K., Himeno, A., Sanada, T., Sasakawa, C., Mizushima, T.
    • 学会等名
      The Annual Evaluation Conference of the Leading Program, University of Hyogo
    • 発表場所
      先端科学技術支援センター (兵庫・赤穂郡上郡町)
    • 年月日
      2015-03-16 – 2015-03-17
  • [学会発表] Structural basis for the formation of sugar-recognizing site of ubiquitin ligase SCFFbs12015

    • 著者名/発表者名
      Nishio, K. Yoshida, Y. Tanaka, K. Mizushima T.
    • 学会等名
      The Annual Evaluation Conference of the Leading Program, University of Hyogo
    • 発表場所
      先端科学技術支援センター (兵庫・赤穂郡上郡町)
    • 年月日
      2015-03-16 – 2015-03-17
  • [学会発表] 赤痢菌エフェクターIpaH9.8基質認識ドメインのX線結晶構造解析2014

    • 著者名/発表者名
      高木賢治、Kim Minsoo、笹川千尋、水島恒裕
    • 学会等名
      新学術領域研究「ユビキチンネオバイオロジー」平成26年度領域班会議
    • 発表場所
      ホテルたつき(愛知・蒲郡市)
    • 年月日
      2014-12-03 – 2014-12-05
  • [学会発表] 赤痢菌エフェクターIpaH1880の結晶化と構造解析2014

    • 著者名/発表者名
      西出旭、KimMinsoo、笹川千尋、水島恒裕
    • 学会等名
      新学術領域研究「ユビキチンネオバイオロジー」平成26年度領域班会議
    • 発表場所
      ホテルたつき(愛知・蒲郡市)
    • 年月日
      2014-12-03 – 2014-12-05
  • [学会発表] 新生タンパク質の品質管理に関与するBAG6-UBL4A複合体の構造機能解析2014

    • 著者名/発表者名
      桑原直之、横田直人、川原裕之、加藤龍一
    • 学会等名
      新学術領域研究「ユビキチンネオバイオロジー」平成26年度領域班会議
    • 発表場所
      ホテルたつき(愛知・蒲郡市)
    • 年月日
      2014-12-03 – 2014-12-05
  • [学会発表] Structure and substrate recognition mechanism of IpaH9.8 LRR2014

    • 著者名/発表者名
      Takagi, K., Nishide, A., Mizushima, T.
    • 学会等名
      Symposium for young ubiquitin researchers in Japan “New Era in the Ubiquitin Research
    • 発表場所
      国際高等研究所(京都・木津川市)
    • 年月日
      2014-11-11 – 2014-11-12
  • [学会発表] Structural Basis for the Recognition of Ubc13 by the Shigella flexneri Effector OspI2014

    • 著者名/発表者名
      Nishide, A., Kim, M., Takagi, K., Himeno, A., Sanada, T., Sasakawa, C., Mizushima, T.
    • 学会等名
      Symposium for young ubiquitin researchers in Japan “New Era in the Ubiquitin Research
    • 発表場所
      国際高等研究所(京都・木津川市)
    • 年月日
      2014-11-11 – 2014-11-12
  • [学会発表] 赤痢菌エフェクターIpaH9.8基質認識ドメインのX線結晶構造解析2014

    • 著者名/発表者名
      高木賢治、水島恒裕
    • 学会等名
      日本結晶学会
    • 発表場所
      東京大学(東京)
    • 年月日
      2014-11-01 – 2014-11-03
  • [学会発表] Structural analyses of bacterial effectors and their mechanisms of infection in the ubiquitin-proteasome system2014

    • 著者名/発表者名
      Mizushima T.
    • 学会等名
      2nd International Picobiology Institute Symposium Development & Destruction
    • 発表場所
      先端科学技術支援センター (兵庫・赤穂郡上郡町)
    • 年月日
      2014-10-09 – 2014-10-10
    • 招待講演
  • [学会発表] Structural basis for sugar-recognizing mechanism of ubiquitin ligase SCFFbs12014

    • 著者名/発表者名
      Nishio, K. Yoshida, Y. Tanaka, K. Mizushima T.
    • 学会等名
      2nd International Picobiology Institute Symposium Development & Destruction
    • 発表場所
      先端科学技術支援センター (兵庫・赤穂郡上郡町)
    • 年月日
      2014-10-09 – 2014-10-10
  • [学会発表] 赤痢菌エフェクターOspIの結晶構造解析による感染機構の解明2014

    • 著者名/発表者名
      西出旭、水島恒裕
    • 学会等名
      兵庫県立大学 知の交流シンポジウム
    • 発表場所
      姫路商工会議所 (兵庫・姫路市)
    • 年月日
      2014-09-24

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公開日: 2016-06-01  

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