脂質メタボッリクスイッチ制御による幹細胞性維持および多分化能制御

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H05529
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 犬塚 博之 東北大学, 歯学研究科, 准教授 (20335863)
• 研究分担者: 福島 秀文 東北大学, 歯学研究科, 准教授 (70412624) ; 福本 敏 東北大学, 歯学研究科, 教授 (30264253) ; 齋藤 正寛 東北大学, 歯学研究科, 教授 (40215562)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 脂質代謝 / Lipin1 / 間葉系幹細胞 / 蛋白質分解 / beta-TRCP

研究実績の概要

本研究は、間葉系幹細胞の分化や維持の際の脂質代謝におけるメタボリックスイッチの役割を担う候補分子として、脂肪代謝関連酵素Lipin1に着目し、Lipin1蛋白質分解調節機構を介した脂質代謝制御による幹細胞性維持、分化誘導の任意制御の可能性について検討を行うことを目的とした。初年度は、当初の研究計画に従いSCF betaTRCPユビキチンリガーゼ複合体によるLipin1量的制御の分子機構を中心とした解析を行った。はじめに内在性Lipin1とbeta-TRCP蛋白質が細胞内で相互作用していることを免疫沈降により確認し、beta-TRCPの基質認識ドメインがLipin1のbeta-TRCPコンセンサス認識配列内の特定のリン酸化セリン残基を介して結合することを同定した。Lipin1のbeta-TRCP認識配列リン酸化は、カゼインキナーゼ１epsilon (CK1ε)により行われるほか、CK1εのノックダウンにより内在性Lipin1蛋白質が細胞内において安定化することを見出した。さらに、Lipin1組換え蛋白質を大腸菌より精製し、試験管内で組換えCK1およびSCF/beta-TRCP複合体蛋白質と混合してユビキチン化反応液を加えることにより、Lipin1がCK1とSCF/beta-TRCPに依存的なポリユビキチン鎖修飾を受けることを確認した。以上の一連の生化学的解析によりbeta-TRCPによるLipin1蛋白質分解の詳細な分子機構の一端を明らかにすることが出来た。これらの知見から、beta-TRCP がLipin1の量的制御を介して細胞内脂質代謝を制御する因子であることが明らかとなった。

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

初年度に計画したLipin1蛋白質分解の分子機構解明を目的とした各実験の目標設定項目において、(1) Lipin1アミノ酸一次配列内のbeta-TRCP認識配列のマッピング、(2) beta-TRCP認識配列内セリン残基リン酸化酵素の同定、(3) Lipin1 組換え蛋白質の試験管内におけるユビキチン化の確認、の主要目標を達成することができた。

今後の研究の推進方策

プロテアソーム依存的Lipin1蛋白質分解経路を介した間葉系幹細胞の幹細胞性維持、および多分化能制御に果たす役割を検討するため、間葉系幹細胞において、beta-TRCP ならびにLipin1蛋白質を欠損もしくは過剰発現させ、それぞれの細胞株で骨・軟骨組織分化能の評価を行う。

研究成果

• [国際共同研究] Beth Israel Deaconess Medical Center(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: Beth Israel Deaconess Medical Center
• [雑誌論文] The SCF β-TRCP E3 ubiquitin ligase complex targets Lipin1 for ubiquitination and degradation to promote hepatic lipogenesis (2017)
  • 著者名/発表者名: Kouhei Shimizu, Hidefumi Fukushima, Kohei Ogura, Evan Lien, Naoe Taira Nihira, Jinfang Zhang, Brian North, Ailan Guo, Katsuyuki Nagashima, Tadashi Nakagawa, Seira Hoshikawa, Asami Watahiki, Koji Okabe, Aya Yamada, Alex Toker, John Asara, Satoshi Fukumoto, Keiichi Nakayama, Keiko Nakayama, Hiroyuki Inuzuka, Wenyi Wei
  • 雑誌名: Science Signaling 巻: 10 ページ: -
  • DOI: doi: 10.1126/scisignal.aah4117
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Nutrient-induced FNIP degradation by SCF β-TRCP regulates FLCN complex localization and promotes renal cancer progression (2017)
  • 著者名/発表者名: Katsuyuki Nagashima, Hidefumi Fukushima, Kouhei Shimizu, Aya Yamada, Masumi Hidaka, Hisashi Hasumi, Tetsuro Ikebe, Satoshi Fukumoto, Koji Okabe, Hiroyuki Inuzuka
  • 雑誌名: Oncotarget 巻: 8 ページ: 9947-9960
  • DOI: doi: 10.18632/oncotarget.14221
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Analysis of proteasome-dependent lipogenic pathway in hepatocytes (2017)
  • 著者名/発表者名: Seira Hoshikawa, Asami Watahiki, Hidefumi Fukushima, Satoshi Fukumoto, Hiroyuki Inuzuka
  • 学会等名: Japan-NIH Joint Symposium
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 2017-02-15 – 2017-02-17
  • 国際学会
• [学会発表] 脂質代謝におけるSCF ユビキチンリガーゼの機能と役割 (2016)
  • 著者名/発表者名: 犬塚 博之
  • 学会等名: 第70回 東北大学歯学会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2016-12-02
  • 招待講演
• [学会発表] ユビキチン－プロテアソーム系を介した肝細胞脂質合成経路の解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 星川 聖良、綿引 麻美、福島 秀文、福本 敏、犬塚 博之
  • 学会等名: 第39回 日本分子生物学会年会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-11-30 – 2016-12-02
• [学会発表] 脂質代謝における SCF beta-TRCPユビキチンリガーゼ複合体の役割 (2016)
  • 著者名/発表者名: 犬塚 博之, 福島 秀文, 清水 康平, Wenyi Wei, 福本 敏
  • 学会等名: 第58回 歯科基礎医学会学術大会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2016-08-24 – 2016-08-26
  • 招待講演