多元的構造生物学アプローチによるプロテアソーム形成機構の解明と創薬への展開

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H02491
• 研究機関: 名古屋市立大学
• 研究代表者: 加藤 晃一 名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 教授 (20211849)
• 研究分担者: 矢木 真穂 大学共同利用機関法人自然科学研究機構(新分野創成センター、アストロバイオロジーセンター、生命創成探究, 生命創成探究センター, 助教 (40608999) ; 山口 拓実 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 准教授 (60522430) ; 矢木 宏和 名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 講師 (70565423) ; 佐藤 匡史 名古屋市立大学, 大学院薬学研究科, 准教授 (80532100) ; 谷中 冴子 分子科学研究所, 生命・錯体分子科学研究領域, 助教 (80722777)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: プロテアソーム / アッセンブリーシャペロン

研究実績の概要

本年度は、プロテアソームの触媒コア粒子を構成するαリング形成中間体に着目した。これまでのプロテアソームの形成中間体の構造研究は、主に酵母を中心に行われてきたが、本研究では創薬への展開を目的として、ヒト由来のものを対象とした。その結果、ヒトプロテアソームのαリングを構成するαサブユニットのうち、α1-α6は単量体と2量体の平衡で存在するのに対して、α7のみがホモ7量体のリング構造が2つ重なったホモ14量体構造を形成することを見出した。また、α7ホモ14量体構造の立体構造情報に基づいた分子設計を通じて、単量体およびシングルリングの構造を安定化させたα7形成中間体を創成した。これにより、αリング形成中間体の精密な構造機能解析が可能となった。
次に、上記のプロセスを通じて創出したα1-α7のプロテアソーム形成中間体とアッセンブリーシャペロンのin vitro相互作用解析を行なった。その結果、ヒトPAC3/PAC4ヘテロ2量体は隣り合うα4-α5-α6の相互作用を介助することが明らかとなり、それら3つのサブユニットが正しく配置することを促すマッチメーカーとして働いているものと考察された。さらに、構造情報を活用したin silico創薬研究を行うことを目的として、ヒトPAC3の結晶構造解析およびNMR解析を行った。その結果、0.96オングストロームの超高分解能でその結晶構造を決定することに成功した。またNMR解析により、α6サブユニットの結合部位と予想されるループ構造が柔軟な構造をとることを明らかにした。これにより、in silicoドラッグスクリーニングを行ううえで、シャペロン分子の構造ダイナミクスを十分に考慮する必要があることが明らかとなった。以上の研究を通じて、プロテアソームアッセンブリー系を標的とする阻害剤設計に重要な知見を得ることが出来た。

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] ウプスラ大学(スウェーデン)
  • 国名: スウェーデン
  • 外国機関名: ウプスラ大学
• [国際共同研究] バーゼル大学(スイス)
  • 国名: スイス
  • 外国機関名: バーゼル大学
• [雑誌論文] Molecular and Structural Basis of the Proteasome α Subunit Assembly Mechanism Mediated by the Proteasome-Assembling Chaperone PAC3-PAC4 Heterodimer (2019)
  • 著者名/発表者名: Tadashi Satoh, Maho Yagi-Utsumi, Kenta Okamoto, Eiji Kurimoto, Keiji Tanaka and Koichi Kato
  • 雑誌名: Int. J. Mol. Sci. 巻: 20 ページ: 2231
  • DOI: 10.3390/ijms20092231
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mutational and Combinatorial Control of Self-Assembling and Disassembling of Human Proteasome α Subunits (2019)
  • 著者名/発表者名: Taichiro Sekiguchi, Tadashi Satoh, Eiji Kurimoto, Chihong Song, Toshiya Kozai, Hiroki Watanabe, Kentaro Ishii, Hirokazu Yagi, Saeko Yanaka, Susumu Uchiyama, Takayuki Uchihashi, Kazuyoshi Murata and Koichi Kato
  • 雑誌名: Int. J. Mol. Sci. 巻: 20 ページ: 2308
  • DOI: 10.3390/ijms20092308
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Conversion of functionally undefined homopentameric protein PbaA into a proteasome activator by mutational modification of its C-terminal segment conformation (2018)
  • 著者名/発表者名: MahoYagi-Utsumi, Arunima Sikdar, Toshiya Kozai, Rintaro Inoue, Masaaki Sugiyama, Takayuki Uchihashi, Hirokazu Yagi, Tadashi Satoh, and Koichi Kato
  • 雑誌名: Protein Eng. Des. Sel. 巻: 31 ページ: 29-36
  • DOI: 10.1093/protein/gzx066
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural insights on the dynamics of proteasome formation (2018)
  • 著者名/発表者名: Koichi Kato and Tadashi Satoh
  • 雑誌名: Biophys. Rev. 巻: 10 ページ: 597-604
  • DOI: 10.1007/s12551-017-0381-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] 集合シャペロンを介したプロテアソーム形成機構 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐藤匡史，加藤晃一
  • 雑誌名: 医学のあゆみ 巻: 276 ページ: 949-953
  • 査読あり
• [学会発表] Mechanistic insights on the dynamics of proteasome formation (2019)
  • 著者名/発表者名: Koichi Kato and Tadashi Sato
  • 学会等名: 2019 EWU-NCU joint symposium
  • 招待講演
• [学会発表] プロテアソームαサブユニットの自己組織化 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐藤匡史，関口太一郎，石井健太郎，Chihong Song，小財稔矢，渡辺大輝，矢木宏和，矢木真穂，谷中冴子，栗本英治，内橋貴之，村田和義，内山 進，加藤晃一
  • 学会等名: 平成30年度 日本生物物理学会中部支部講演会
• [学会発表] Characterization of the “scrap-and-build” process in the proteasome α ring formation (2018)
  • 著者名/発表者名: Taichiro Sekiguchi, Tadashi Satoh, Kentaro Ishii, Hirokazu Yagi, Koichi Kato
  • 学会等名: 第56回 日本生物物理学会年会
• [学会発表] Characterization of the “scrap-and-build” process in the proteasome α ring formation (2018)
  • 著者名/発表者名: Taichiro Sekiguchi, Tadashi Satoh, Kentaro Ishii1, Hirokazu Yagi, and Koichi Kato
  • 学会等名: 1st ExCELLS Symposium