小胞体における活性酸素除去に関わる新たな分子機構の解明

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18H04002
• 研究機関: 京都産業大学
• 研究代表者: 永田 和宏 京都産業大学, 生命科学部, 教授 (50127114)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 小胞体 / 過酸化水素 / レドックス

研究実績の概要

ERdj5還元にリンクした小胞体内H2O2量減少の確認：　ERdj5がEro1から電子を奪って、自身が還元するという予備的結果を得ていたが、この従来まったく想定されてこなかった新しい経路の詳細を明らかにすることができ、現在論文投稿中である。
この時、Ero1からFADを介して、分子状酸素に渡される電子は少なくなり、産生されるH2O2の量も減少すると考えられるがそれを証明するため、小胞体内にH2O2の量を特異的に測定できるセンサータンパク質ERハイパーを導入し、詳細に解析することにも成功した。新生鎖、PDI,　Ero1a,　FADを順に経由して、分子状酸素に受け渡され、H2O2を産生するはずだった電子が、Ero1aからERdj5に受け渡される（ハイジャックされる）ことにより、H2O2産生が実際に減弱し、それに伴ってERストレスが減弱することも確かめられた。生理的には大きな進歩であった。
これまでの研究によって、小胞体膜上に存在する新規因子によるGSHのサイトゾルからの導入が行われている可能性を見いだしたので、現在それを解析中である。

レダクターゼからカタラーゼへの分子スイッチの変換機構：　新たに同定したERp18はサイトゾルにおけるもっとも代表的な還元酵素チオレドキシンの小胞体ホモログと考えられるが、その機能に関する研究はほとんど進んでいない。われわれはすでにERp18が通常は２量体として存在しているが、２量体の時には還元活性を持つこと、そしてそれがオリゴマーを形成するとカタラーゼ様の活性を持ち、ERハイパーによって検出されるH2O2の量を減少させるという予備的なデータを得ることに成功した。このオリゴマー形成に亜鉛イオンが関与するというデータを得ることもでき、現在投稿準備中である。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本来酸化的環境である小胞体が、いかにして還元力を得ることができるのかは、長いあいだの謎であった。本研究から、その新たな分子メカニズムが明らかになったことは、パラダイムシフトと言ってもいい、大きな発見であり、かつ、その経路の他に、直接サイトゾルから還元物質を導入する経路の可能性をみいだしことは、当初の計画時には考えていなかったことで、計画以上に進展していると考えている。

今後の研究の推進方策

上記に述べたように、サイトゾルのGSHのような低分子還元物質を直接小胞体に導入する経路の詳細を明らかにして、論文発表まで持って行きたい。

研究成果

• [雑誌論文] Interactome Screening Identifies the ER Luminal Chaperone Hsp47 as a Regulator of the Unfolded Protein Response Transducer IRE1α. (2018)
  • 著者名/発表者名: D. Sepulveda, D. Rojas-Rivera, DA. Rodriguez ,J. Groenendyk, A. Kohler,C. Lebeaupin,S. Ito, H. Urra, A. Carreras-Sureda, Y. Hazari, M. Vasseur-Cognet, MMU. Ali,E. Chevet,G. Campos, P. Godoy,T. Vaisar, B. Bailly-Maitre, K. Nagata,M. Michalak,J. Sierralta,C. Hetz.
  • 雑誌名: Mol Cell. 巻: 69 ページ: 238-252
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2017.12.028
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Detection of substrate binding of a collagen-specific molecular chaperone HSP47 in solution using fluorescence correlation spectroscopy. (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Kitamura, Y. Ishida, H. Kubota, CG. Pack, T. Homma, S. Ito, K. Araki, M. Kinjo, K. Nagata
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun. 巻: 497 ページ: 279-284
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.02.069
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Nuclear export of ubiquitinated proteins via the UBIN-POST system (2018)
  • 著者名/発表者名: S. Hirayama, M. Sugihara, D. Morito, S. Iemura, T. Natsume, K. Nagata
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. USA 巻: 115(18) ページ: E4199-7208
  • DOI: 10.1073/pnas.1711017115
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Role of ER J protein for the maintenance of ER homeostasis (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Nagata
  • 学会等名: International workshop of CSSI
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Redox-mediated regulation of ER homeostasis (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Nagata
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Meeting “Protein Homeostasis in Health and Disease”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ERdj5 as a master regulator of the ER homeostasis: crosstalk of Ca2+ and redox homeostasis (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Nagata
  • 学会等名: FASEB Meeting "Protein Research Conferences"
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Nascent polypeptide as a souse of reductive power in the ER (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiro Nagata
  • 学会等名: International Symposium "Proteins:from the Cradle to the Grave"
  • 国際学会 / 招待講演