タンパク質品質管理機構

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19GS0314
• 研究種目: 学術創成研究費
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 京都産業大学 (2011); 京都大学 (2007-2010)
• 研究代表者: 永田 和宏 京都産業大学, 総合生命科学部, 教授 (50127114)
• 研究分担者: 稲葉 謙次 九州大学, 生体防御医学研究所, 准教授 (10423039) ; 細川 暢子 京都大学, 再生医科学研究所, 准教授 (00263153) ; 寳関 淳 京都大学, 生理化学研究ユニット, 特定准教授 (40423058)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2011
• キーワード: 品質管理 / フォールディング / レドックス / 小胞体

研究概要

細胞内には、タンパク質の品質を厳正に管理するためのシステムが存在する。特に分泌タンパク質や膜タンパク質の合成の場である小胞体には、分子シャペロンをはじめとしたタンパク質の productive folding を促すシステムと、一方でミスフォールドしたタンパク質を適正に処理するための分解促進システムが存在する。後者のシステムは小胞体関連分解(ERAD)機構と呼ばれ、ミスフォールドしたタンパク質を認識する因子、誤ったジスルフィド結合を開裂させる因子、サイトゾルへそれら基質を逆輸送するための因子など、幾つかの小胞体タンパク質が必須の因子として関与している。本研究による主な成果として、1)ERAD において重要な働きをする還元酵素 ERdj5 の結晶構造が明らかになり、基質がどのような分子間を受け渡されて分解にいたるのか、その一連の経路を明らかにした、2)従来、糖タンパク質の品質管理機構については研究が進んできたが、非糖タンパク質の ERAD 機構として、まったく新しい経路の存在することを明らかにした、3)productive folding によって新生タンパク質が正しく合成される過程で、小胞体内の酸化還元酵素(oxidoreductase, OR)によるジスルフィド結合形成は必須のプロセスであるが、小胞体内レドックスネットワークについて研究を行い、主要な酸化酵素 Ero1a から PDI、ERp46 などの OR にいたる酸化カスケードの存在を明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] A pH-Regulated Quality Control Cycle forSurveillance of Secretory Protein Assembly (2013)
  • 著者名/発表者名: S.Vavassori, M. Cortini, S. Masui, S.Sannino,T.Anelli, I. R.Caserta, C.Fagioli, A.Fornili, M.F.Mossuto, M .Degano, K.Inaba, & R.Sitia
  • 雑誌名: Molecular Cell 巻: (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Endoplasmic reticulum lectinXTP3-B inhibits endoplasmic reticulum-associated degradation of a misfolded α1-antitrypsinvariant (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Fujimori, Y. Kamiya, K. Nagata, K. Kato &N. Hosokawa
  • 雑誌名: FEBS J 巻: (in press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] The mutation incyclophilin B that causes hyperelastosis cutis in the American Quarter Horse does not affectpeptidyl-prolyl cis-trans isomerase activity, butshows altered cyclophilin B-protein interactionsand affects collagen folding (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Ishikawa, J. A. Vranka, S. P. Boudko, E.Pokidysheva, K. Mizuno, K. Zientek, D. R.Keene, A. M. Rashmir-Raven, K. Nagata, N. J.Winand and H. P. Bachinger
  • 雑誌名: J. Biol. Chem 巻: 287(26) ページ: 22253-22265
  • DOI: doi:10.1074/jbc.M111.333336.
  • 査読あり
• [雑誌論文] Direct in vitro and in vivo evidencefor interaction between Hsp47 protein andcollagen triple helix (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Ono, T. Miyazaki, Y. Ishida, M. Uehata andK. Nagata
  • 雑誌名: J. Biol. Chem 巻: 287(9) ページ: 6810-6818
  • DOI: DOI:10.1074/jbc.M111.280248
  • 査読あり
• [雑誌論文] Molecular chaperone Hsp47 isessential for cartilage and endochondral boneformation (2012)
  • 著者名/発表者名: Y.Masago, A.Hosoya, S.Kawano, A.Nasu,J.Toguchida, K.Fujita, H.Nakamura, G. Kondohand K.Nagata
  • 雑誌名: J. Cell Sci 巻: 125(5) ページ: 1118-1128
  • DOI: DOI:10.1242/jcs.089748
  • 査読あり
• [雑誌論文] Functional in vitroanalysis of ERO1 and protein-disulfide isomerase(PDI) pathway (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Araki and K. Nagata
  • 雑誌名: J. Biol. Chem 巻: 286(37) ページ: 32705-32712
  • DOI: DOI:10.1074/jbc.M111.227181
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural basis of an ERADpathway mediated by the ER-resident proteindisulfide reductase ERdj5 (2011)
  • 著者名/発表者名: M. Hagiwara, K. Maegawa M. Suzuki, R.Ushioda, K. Araki, Y. Matsumoto, J. Hoseki, K.Nagata and K. Inaba
  • 雑誌名: Mol. Cell 巻: 41(4) ページ: 432-444
  • DOI: DOI:10.1016/j.molcel.2011.01.021
  • 査読あり
• [雑誌論文] Solution structure and dynamics of mouse ARMET (2010)
  • 著者名/発表者名: J. Hoseki, H.Sasakawa, Y. Yamaguchi, M.Maeda, H. Kubota, K. Kato and K. Nagata
  • 雑誌名: FEBS. Letters 巻: 584 ページ: 1536-1542
  • DOI: DOI:10.1016/j.febslet.2010.03.008
  • 査読あり
• [雑誌論文] The novelthioredoxin-related transmembrane protein TMX4 has reductase activity (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Sugiura, K. Araki, S. Iemura, T. Natsume, J.Hoseki and K. Nagata
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 285(10) ページ: 7135-7142
  • DOI: DOI:10.1074/jbc.M109.082545
  • 査読あり
• [雑誌論文] Human OS-9, a lectin required forglycoprotein endoplasmic reticulum-associateddegradation, recognizes mannose-trimmedN-Glycans (2009)
  • 著者名/発表者名: N. Hosokawa, Y. Kamiya, D. Kamiya, K. Kato& K. Nagata
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 284(25) ページ: 17061-17068
  • DOI: DOI:10.1074/jbc.M809725200
  • 査読あり
• [雑誌論文] Autophagic elimination of misfolded procollagenaggregates in the endoplasmic reticulum as ameans of cell protection (2009)
  • 著者名/発表者名: Y.Ishida, A.Yamamoto,A.Kitamura,S.R.Lamande, T.YoshimorI,F.B.John, H.Kubota and K.Nagata
  • 雑誌名: Mol. Biol. Cell. 巻: 20 ページ: 2744-2754
  • DOI: DOI:10.1091/mbc.E08-11-1092
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamicnature of disulfide bond formation catalystsrevealed by crystal structures of DsbB (2009)
  • 著者名/発表者名: Inaba, K., Murakami, S., Nakagawa, A., Iida,H., Kinjo, M., Ito, K. and Suzuki, M.
  • 雑誌名: EMBO J 巻: 28 ページ: 779-791
  • DOI: DOI:10.1038/emboj.2009.21
  • 査読あり
• [雑誌論文] ERdj5 is required asa disulfide reductase for degradation of misfoldedproteins in the ER (2008)
  • 著者名/発表者名: R.Ushioda, J.Hoseki, K.Araki, G.Jansen ,D.Y.Thomas and K.Nagata
  • 雑誌名: Science 巻: 321(5888) ページ: 569-572
  • DOI: DOI:10.1126/science.1159293
  • 査読あり
• [雑誌論文] Human XTP3-B Forms an Endoplasmic Reticulum Quality Control Scaffold with the HRD1-SEL1L Ubiquitin Ligase Complex and BiP (2008)
  • 著者名/発表者名: N.Hosokawa, I.Wada, K.Nagasawa,T.Moriyama, K.Okawa, and K.Nagata
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 283(30) ページ: 20914-20924
  • DOI: DOI:10.1074/jbc.M709336200
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gp78 cooperates with RMA1 in ER-associateddegradation of CFTRΔF508 (2008)
  • 著者名/発表者名: D.Morito, K.Hirao, F.Tokunaga, N.Hosokawa,D.M.Cyr, K.Tanaka, K.Iwai and K.Nagata
  • 雑誌名: Mol. Biol. Cell. 巻: 19 ページ: 1328-1336
  • DOI: DOI:10.1091/mbc.E07-06-0601
  • 査読あり
• [雑誌論文] MKKS is acentrosome-shuttling protein degraded bydisease-causing mutations via CHIP-mediatedubiquitination (2008)
  • 著者名/発表者名: S.Hirayama, Y.Yamazaki, A.Kitamura, Y.Oda,D.Morito, K.Okawa, H.Kimura, D.M.Cyr,H.Kubota and K.Nagata
  • 雑誌名: Mol. Biol. Cell. 巻: 19 ページ: 899-911
  • DOI: DOI:10.1091/mbc.E07-07-0631
  • 査読あり
• [雑誌論文] A pair of circularlypermutated PDZ domains control RseP, the S2Pfamily intramembrane protease of E. coli (2008)
  • 著者名/発表者名: Inaba, K., Suzuki, M., Maegawa, K., Akiyama,S., Ito, K. and Akiyama, Y.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 283 ページ: 35042-52
  • DOI: DOI:10.1074/jbc.M806603200
  • 査読あり
• [学会発表] Regulation and structure of a novelAAA+/ubiquitin ligase protein (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Nagata
  • 学会等名: mysterin EMBO/EMBL Symposium"QualityControl-From Molesules to Organelles"
  • 発表場所: Heiderberg(Germany)
  • 年月日: 2012-09-21
• [学会発表] Two distinct ERAD pathways formisfolded glycoproteins and non-glycoproteins SFB594 (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Nagata
  • 学会等名: 3^<rd>International Symposium on Molecular Machines in Protein Folding and Protein Transport
  • 発表場所: Munich(Germany)
  • 年月日: 2012-07-24
• [学会発表] Regulation of redox homeostasisin the ER (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Nagata
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Meeting,Molecular Chaperones & Stress Responses
  • 発表場所: Cold Spring Harbor(USA)
  • 年月日: 2012-05-02
• [学会発表] Protein quality control andproteostasis in the ER (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Nagata
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Asia Conference,"Protein Homeostasis in Health &Disease"
  • 発表場所: Suzhou(China)
  • 年月日: 2011-09-29
• [学会発表] Regulation of redoxhomeostasis in the ER (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Nagata and R. Sitia
  • 学会等名: Conference on QualityControl: Folding and Degradation of Proteins inthe Endoplasmic Reticulum
  • 発表場所: Ascona(Switzerland)
  • 年月日: 2011-09-15
• [学会発表] Two distinct ERAD pathways contribute for maintaining the protein homeostasis in the EREMBO Conference (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Nagata
  • 学会等名: The biology of Molecular Chaperones
  • 発表場所: Grundlsee(Austria)
  • 年月日: 2011-05-22
• [学会発表] Regulation in the electron transfer cascade among the oxidoreductases in the endoplasmic reticulum (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Nagata
  • 学会等名: The 3^<rd> International Symposium on Protein Community
  • 発表場所: Nara
  • 年月日: 2010-09-14
• [学会発表] Quality control & Redox regulatory network (2010)
  • 著者名/発表者名: K. Araki,R. Ushioda,J. Hoseki and K.Nagata
  • 学会等名: Gordon Research Conference
  • 発表場所: Lucca (Italy)
  • 年月日: 2010-05-11
• [学会発表] Two distinct ERAD pathways for misfolded glycoprotein and non-glycoprotein (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Nagata
  • 学会等名: 4^<th> International Congress on Stress Responses in Biology and Medicine
  • 発表場所: Plenary lecture, Sapporo
  • 年月日: 2009-10-06
• [学会発表] Quality control of misfoldedproteins in the endoplasmic reticulum (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Nagata
  • 学会等名: 21th IUBMB International Congress and 12th FAOBMB Congress of Biochemistry and Molecular Biology
  • 発表場所: Shanghai(China)
  • 年月日: 2009-08-05
• [学会発表] Revisiting of collagen-specificmolecular chaperone Hsp47:Fate of procollagenwith or without Hsp47 (2009)
  • 著者名/発表者名: K. Nagata
  • 学会等名: Yokosuka Science Festa 2009 8th Pan-Pacific Connective Tissue Societies Symposium
  • 発表場所: Opening Lecture, Shonan
  • 年月日: 2009-06-04
• [学会発表] Revisiting of collagen-specific molecular chaperone HSP47:Alternative degradation pathway of misfolded procollagen in the ER;ERAD andautophagy (2008)
  • 著者名/発表者名: K. Nagata,Y. Masago, Y. Ishida
  • 学会等名: Cold Spring Harbor Meeting "Molecular Chaperones and stress Response"
  • 発表場所: Cold SpringHarbor(USA)
  • 年月日: 2008-05-01
• [学会発表] Collagen-specific molecular chaperone HSP47 (2007)
  • 著者名/発表者名: K.Nagata
  • 学会等名: 7th Pan Pacific Connective Tissue Societies Symposium
  • 発表場所: Cairns(Australia)
  • 年月日: 2007-10-30
• [学会発表] Thiol reductase ERdj5 accelerates the ER-associated degradation by cleaving intermolecular disulfide bonds of misfolded proteis (2007)
  • 著者名/発表者名: K.Nagata
  • 学会等名: Gordon Research Conference, Stress Proteins in Growth
  • 発表場所: Development & Desease, Oxford(UK)
  • 年月日: 2007-08-21
• [学会発表] A novel thiol reductase ERdj5 accelerates ER-associated degradation by cleaving the intermolecular disulfide bonds of misfolded proteins (2007)
  • 著者名/発表者名: K. Nagata
  • 学会等名: FASEB Summer Research Conference, Proteins Folding in the Cell
  • 発表場所: Palm Springs(USA)
  • 年月日: 2007-07-30
• [図書] ER stress proteins in autoimmune and inflammatory diseases (2012)
  • 著者名/発表者名: D. Morito and K. Nagata
  • 総ページ数: 48
  • 出版者: Frontiers in Inflammation
• [図書] Redox-dependent protein quality control in the ER : folding to degrasation (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Hagiwara and K. Nagata
  • 総ページ数: 1119-1128
  • 出版者: Antioxidants & Redox Signaling
• [図書] Protein Folding and Quality Control in the ER Cold Spring Harbor Perspectives inBiology"Protein Homeostasis" (2011)
  • 著者名/発表者名: K. Araki and K. Nagata
  • 総ページ数: 121-145
  • 出版者: Cold SpringHarbor Laboratory press
• [備考]
  • URL: http://www.cc.kyoto-su.ac.jp/~nagata/index-j.html
• [産業財産権] 2-ヒドロキシベンズアルデヒド化合物、これを含有するコラーゲン細胞外分泌阻害剤及び医薬品組成物 (2012)
  • 発明者名: 夏目徹、永田和宏、伊藤進也、土井隆行、吉田将人
  • 権利者名: 夏目徹、永田和宏、伊藤進也、土井隆行、吉田将人
  • 産業財産権番号: 特許,特願 2012-163835
  • 出願年月日: 2012-07-24
• [産業財産権] カルシウムポンプ制御物質のスクリーニング方法、メラニン色素合成阻害物質のスクリーニング方法、ベクター、並びに、細胞 (2012)
  • 発明者名: 潮田亮、永田和宏
  • 権利者名: 潮田亮、永田和宏
  • 産業財産権番号: 特許,特願 2012-176344
  • 出願年月日: 2012-08-08