新生鎖の立体構造形成を支えるジスルフィド形成システムの解明

2018 年度 実績報告書

• 研究領域: 新生鎖の生物学
• 研究課題/領域番号: 26116005
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 稲葉 謙次 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (10423039)
• 研究分担者: 門倉 広 東北大学, 多元物質科学研究所, 准教授 (70224558)
• 研究期間 (年度): 2014-07-10 – 2019-03-31
• キーワード: タンパク質品質管理 / ジスルフィド結合 / X線結晶構造解析 / 高速原子間力顕微鏡

研究実績の概要

LDL受容体のN末端に存在するR1ドメインに対する立体構造特異的抗体と、ジスルフィド結合形成モニタリング系を使った解析を進めた。その結果、R1の下流のβプロペラ領域の約半分が翻訳された時に、R1中の非天然型ジスルフィド結合が天然型に組換えられることを見出した。ジスルフィドの組換え反応は、多くの細胞表層タンパク質の立体構造形成において鍵となるステップであるが、従来の考えに反して翻訳と共役し精緻な制御のもと進行することが初めて判明した(Proc. Natl. Acad. Sci. USA誌,印刷中)。更に、PDIファミリー酵素PDIpは膵臓の外分泌細胞で特異的に発現し、様々な消化酵素の前駆体と相互作用すること、および、PDIpには新合成された消化酵素の前駆体が凝集体を形成するのを抑制し、その正しい折り畳み過程を促進する作用があることを突き止めてJ. Biol. Chem.誌に報告した。
ヒト由来PDIがアンフォールド基質BPTIの酸化的フォールディングを触媒する機構を解明するため、高速原子間力顕微鏡を用いて一分子観察を行った。その結果、PDIが基質依存的に二量体を形成し、その結果生じる二量体の中央キャビティに基質が取り込まれる様子が観察された。BPTIより酸化的フォールディング速度が遅いRNaseAを基質として用いた場合、PDI二量体形成の寿命が顕著に長くなり、この二量体形成が基質の酸化的フォールディング触媒と密接に関係することが示唆された。本成果は、Nat. Chem. Biol.誌に受理された。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] San Raffaele Scientific Institute(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: San Raffaele Scientific Institute
• [国際共同研究] University of Utah(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of Utah
• [国際共同研究] Uniiversity of Copenhagen(デンマーク)
  • 国名: デンマーク
  • 外国機関名: Uniiversity of Copenhagen
• [雑誌論文] Observing the nonvectorial yet cotranslational folding of a multidomain protein, LDL receptor, in the ER of mammalian cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Kadokura, H.*, Dazai, Y., Fukuda, Y., Hirai, N., Nakamura, O., Inaba, K.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA（印刷中） 巻: － ページ: －
  • 査読あり
• [雑誌論文] Methods to identify the substrates of thiol‐disulfide oxidoreductases (2019)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto, T., Inaba K., Kadokura H.*
  • 雑誌名: Protein Science 巻: 28 ページ: 30-40
  • DOI: 10.1002/pro.3530
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Coupling effects of thiol and urea-type groups for promotion of oxidative protein folding (2019)
  • 著者名/発表者名: Okada, S., Matsusaki, M., Araki, K., Hidaka, Y., Inaba, K., Okumura, M.*, and Muraoka, T.
  • 雑誌名: Chem. Commun. 巻: 55 ページ: 759-762
  • DOI: 10.1039/c8cc08657e
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic assembly of protein disulfide isomerase in catalysis of oxidative folding (2019)
  • 著者名/発表者名: Okumura, M., Noi, K., Kanemura, M., Kinoshita, M., Saio, T., Inoue, Y., Hikima, T., Akiyama, S., Ogura, T. and Inaba, K.
  • 雑誌名: Nat. Chem. Biol. 巻: 15 ページ: 499-509
  • DOI: 10.1038/s41589-019-0268-8
  • 査読あり
• [雑誌論文] Zinc regulates ERp44-dependent protein quality control in the early secretory pathway (2019)
  • 著者名/発表者名: Watanabe S., Amagai Y., Sannino S., Tempio T., Anelli T., Harayama M., Masui S., Sorrentino I., Yamada M., Sitia R, and Inaba K
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 10 ページ: 603
  • DOI: 10.1038/s41467-019-08429-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification of the physiological substrates of PDIp, a pancreas-specific protein-disulfide isomerase family member (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujimoto, T., Nakamura, O., Saito, M., Tsuru, A., Matsumoto, M., Kohno, K, Inaba K., Kadokura, H.*
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 293 ページ: 18421～18433
  • DOI: 10.1074/jbc.RA118.003694
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Ero1-mediated reoxidation of PDI accelerates the folding of cone-snail toxins. (2018)
  • 著者名/発表者名: O'Brien, H., Kanemura, S., Okumura, M., Baskin, P., Bandyopadhyay, P., Ellgaard, L., Inaba, K., and Safavi-Hemami, H.
  • 雑誌名: Int. J. Mol. Sci. 巻: 19 ページ: 3418
  • DOI: 10.3390/ijms19113418
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] ヒト細胞小胞体機能の低下を鋭敏に検出するレポーターの開発と応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 八巻聡、河野憲二、稲葉謙次、門倉広
  • 学会等名: 第42回 日本分子生物学会年会
• [学会発表] Mechanistic basis and physiological functions of GPx7 and GPx8, newly identified PDI oxidases, in the mammalian endoplasmic reticulum (2019)
  • 著者名/発表者名: Elza Firdiani Sofia, Shingo Kanemura, Hiroshi Kadokura, Masaki Okumura, Kenji Inaba
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] Observing co-translational oxidative folding of a cell surface protein in the ER of mammalian cell (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroshi Kadokura
  • 学会等名: International Symposium on“Proteins; from the Cradle to the Grave”, Shiga, Japan
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Physiological substrates of PDIp, a pancreas-specific protein disulfide isomerase family member protein (2018)
  • 著者名/発表者名: Takushi Fujimoto, Orie Nakamura, Michiko Saito, Akio Tsuru, Masaki Matsumoto, Kenji Kohno, Kenji Inaba, Hiroshi Kadokura
  • 学会等名: FASEB conference, Protein Folding in the Cell
  • 国際学会
• [学会発表] Physiological function of PDIp, a pancreas-specific protein disulfide isomerase family member protein (2018)
  • 著者名/発表者名: Takushi Fujimoto, Orie Nakamura, Michiko Saito, Akio Tsuru, Masaki Matsumoto, Kenji Kohno, Kenji Inaba, Hiroshi Kadokura
  • 学会等名: 5th CWRU-Tohoku Joint Workshop
  • 国際学会
• [学会発表] Observing co-translational oxidative folding of a cell surface protein in the ER of mammalian cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Yo Fukuda, Yui Dazai, Naoya Hirai, Orie Nakamura, Kenji Inaba, and Hiroshi Kadokura
  • 学会等名: International Symposium on“Proteins; from the Cradle to the Grave”
  • 国際学会
• [学会発表] Elucidation of physiological function of PDIp, a pancreas-specific protein disulfide isomerase family member protein (2018)
  • 著者名/発表者名: Takushi Fujimoto, Orie Nakamura, Michiko Saito, Akio Tsuru, Masaki Matsumoto, Kenji Kohno, Kenji Inaba, and Hiroshi Kadokura
  • 学会等名: International Symposium on“Proteins; from the Cradle to the Grave”
  • 国際学会
• [学会発表] Mechanistic basis of hydrogen peroxide-dependent PDI family oxidation catalyzed by GPx7 and GPx8 (2018)
  • 著者名/発表者名: Elza Firdiani Sofia, Shingo Kanemura, Hiroshi Kadokura, Masaki Okumura, Kenji Inaba
  • 学会等名: International Symposium on New Horizon in Advanced Materials Tohoku University-Taipei Tech Joint Symposium
  • 国際学会
• [学会発表] Zinc ions regulate ERp44-mediated protein quality control in the early secretory pathway (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenji Inaba
  • 学会等名: International Meeting “Proteins: from the cradle to the grave
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Zinc ions regulate ERp44-dependent protein quality control in the early secretory pathway (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenji Inaba
  • 学会等名: International Symposium on New Horizon in Advanced Materials Tohoku University
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Zinc ions have a new physiological role in protein quality control in the early secretory pathway (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenji Inaba
  • 学会等名: CWRU-Tohoku joint symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Structural basis of zinc-dependent ERp44 regulation for protein quality control in the early secretory pathway (2018)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Watanabe, Yuta Amagai, Sara Sannino, Manami Harayama, Shoji Masui, Momo Yamada, Roberto Sitia, and Kenji Inaba
  • 学会等名: International Symposium on “Proteins; from the Cradle to the Grave
  • 国際学会
• [学会発表] Zn2+ controls the function of ERp44 in the early secretory pathway (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuta Amagai, Satoshi Watanabe, Sara Sannino, Momo Yamada, Tiziana Tempio, Manami Harayama, Roberto Sitia and Kenji Inaba
  • 学会等名: International Symposium on “Proteins; from the Cradle to the Grave
  • 国際学会
• [学会発表] Structural and mechanistic insights into substrate recognition by P5, a member of PDI family (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Okumura, S. Kanemura, M. Matsusaki, M. Kinoshita, K. Arai, S. Akiyama, and K. Inaba
  • 学会等名: International Symposium on “Proteins ; from the cradle to the grave
  • 国際学会
• [学会発表] Elucidation of molecular mechanisms of PDI family enzymes acting on nascent chains in early-stage of translation (2018)
  • 著者名/発表者名: Chihiro Hirayama, Masaki Okumura, Kodai Machida, Kentro Noi, Teru Ogura, Hiroaki Imataka, Kenji Inaba
  • 学会等名: International Meeting “Proteins: from the cradle to the grave”
  • 国際学会
• [学会発表] Identification of the Zinc Transporter critical for regulation of ERp44, a key protein quality controller in the early secretory pathway (2018)
  • 著者名/発表者名: Momo Yamada, Yuta Amagai, Satoshi Watanabe, Roberto Sitia, Kenji Inaba
  • 学会等名: International Symposium on New Horizon in Advanced Materials Tohoku University
  • 国際学会
• [学会発表] Mechanistic basis of hydrogen peroxide-dependent PDI family oxidation catalyzed by GPx7 and GPx8 (2018)
  • 著者名/発表者名: Elza Firdiani Sofia, Shingo Kanemura, Hiroshi Kadokura, Masaki Okumura, Kenji Inaba
  • 学会等名: International Symposium on Proteins: From the Cradle to the Grave
  • 国際学会
• [学会発表] Molecular basis of the ERp44-Zn2+ cooperation for protein quality control in the early secretory pathway (2018)
  • 著者名/発表者名: Kenji Inaba
  • 学会等名: 第91回日本生化学会年会
• [学会発表] ERp44の機能制御に関わる亜鉛トランスポーターの同定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山田 桃、天貝佑太、渡部 聡、Roberto Sitia、稲葉 謙次
  • 学会等名: 第41回分子日本分子生物学会
• [学会発表] Structural basis of pH- and zinc-dependent multiple client recognition by ERp44 (2018)
  • 著者名/発表者名: Watanabe S., Amagai Y. Sitia R. Inaba K
  • 学会等名: 第56回日本生物物理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 筋小胞体カルシウムATPアーゼSERCA2bの膜貫通ヘリックス相互作用による制御機構の構造基盤 (2018)
  • 著者名/発表者名: 井上 道雄、作田 菜奈美、渡部 聡、田中 良樹、潮田 亮、加藤 幸成、高木 淳一、塚崎 智也、永田 和宏、稲葉 謙次
  • 学会等名: 第56回日本生物物理学会年会
• [学会発表] 初期分泌経路内のタンパク質品質管理におけるERp44の新たな生理的機能の探索 (2018)
  • 著者名/発表者名: 天貝佑太、稲葉謙次
  • 学会等名: 第４１回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 小胞体内腔における新生のジスルフィド結合形成反応の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 金村進吾、奥村正樹、Neil Bulleid、稲葉謙次
  • 学会等名: 第18回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] P5による基質認識の分子構造基盤 (2018)
  • 著者名/発表者名: 奥村正樹、金村進吾、松崎元紀、荒井堅太、秋山修志、稲葉謙次
  • 学会等名: 第18回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] Newly identified insight into mechanism by which PDI/ERp46 catalyze oxidative protein folding of nascent chain (2018)
  • 著者名/発表者名: 平山千尋、奥村正樹、町田幸大、野井健太郎、小椋光、今高寛晃、稲葉謙次
  • 学会等名: 第18回日本蛋白質科学会年会
• [学会発表] Structure and mechanisms of substrate recognition of P5, a member of the PDI family (2018)
  • 著者名/発表者名: 奥村正樹、金村進吾、松崎元紀、木下岬、荒井堅太、秋山修志、稲葉謙次
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学学会
• [図書] Oxidative folding of proteins 2nd Edition (2018)
  • 著者名/発表者名: Okumura, M., Watanabe, S. and Inaba, K.
  • 総ページ数: 25
  • 出版者: Royal Chemical Society
  • ISBN: 978-1-78262-990-0
• [備考] 東北大学多元物質科学研究所生体分子構造研究分野 稲葉研究室
  • URL: http://www2.tagen.tohoku.ac.jp/lab/inaba/html/
• [備考] 東北大学大学院生命科学研究科｜稲葉謙次
  • URL: https://www.lifesci.tohoku.ac.jp/research/teacher/detail---id-16689.html
• [備考] 東北大学大学院生命科学研究科｜門倉 広
  • URL: https://www.lifesci.tohoku.ac.jp/research/teacher/detail---id-19734.html
• [産業財産権] タンパク質のリフォールディング剤、タンパク質のリフォールディング方法及びタンパク質の再生方法 (2018)
  • 発明者名: 村岡 貴博、岡田 隼輔、奥村 正樹、稲葉 謙次、松﨑 元紀
  • 権利者名: 村岡 貴博、岡田 隼輔、奥村 正樹、稲葉 謙次、松﨑 元紀
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: P180015088