複雑化直鎖状ユビキチンコードを介した炎症・免疫制御の包括的研究

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21H02688
• 研究機関: 大阪市立大学
• 研究代表者: 徳永 文稔 大阪市立大学, 大学院医学研究科, 教授 (00212069)
• 研究期間 (年度): 2021-04-01 – 2024-03-31
• キーワード: タンパク質 / 酵素 / 細胞 / 炎症 / ユビキチン

研究実績の概要

我々は、ユビキチンのN末端Met1を介する「直鎖状ユビキチン鎖(M1鎖)」を生成するLUBACユビキチンリガーゼ(E3)を見出し、LUBACは炎症応答や免疫制御に中枢的な役割を果たすNF-κB経路を活性化し、アポトーシスやネクロプトーシスなど細胞死を抑制することを突き止めた。最近、ユビキチン鎖は均一の連結型のみではなく、分岐鎖や混合鎖など複雑な形態を呈することが明らかになり、実際に直鎖とLys63(M1/K63)の混合鎖がNF-κB活性化に寄与することが明らかになった。これは、LUBACが他のE3と協調して複雑なユビキチン鎖を生成することを示唆している。既に我々は、LUBAC結合性新規E3としてK48鎖を生成するRNF126とK63鎖を生成するDZIP3を見出し、LUBAC制御に関わる新規脱ユビキチン化酵素(DUB)としてK63鎖を分解するOTUD1を同定した。本研究では、LUBACとこれら酵素間のクロストークが炎症・免疫制御にどのように関わるか、分子細胞生物学解析やマウス個体レベルで解明を目指している。本年度の研究からRNF126が炎症性サイトカインTNF-αによって誘導される細胞死制御に重要な役割を果たしており、RNF126が先行して付加するユビキチン鎖がシードとなって、これにM1鎖など複雑なユビキチン鎖を付加することが重要である可能性を見出した。また、OTUD1は酸化ストレス制御に重要なKEAP1に結合性し、Nrf2を介した酸化ストレスと過剰なROSによって誘導される細胞死(oxeiptosis)にも関わることを突き止めた。今後、これらのE3やDUBのさらに詳細な細胞機構解明とKOマウスを用いたin vivo解析を進める。

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

我々は、ユビキチンのN末端Met1を介する直鎖状ユビキチン鎖を生成するLUBACユビキチンリガーゼ(E3)を見出し、LUBACは炎症応答や免疫制御に中枢的な役割を果たすNF-κB経路を活性化し、細胞死を抑制することを見出している。本年度の研究で我々は、LUBACによる直鎖状ユビキチン鎖生成がNDP52を介した侵入細菌に対するオートファジー（ゼノファジー）制御に関わることを明らかにし(Front. Immunol., 2021)、英文総説にまとめた(Biochem. Soc. Transac., 2022)。また、ユビキチン修飾とがん進展にMCL1のアセチル化が関わることを示した(Cell Rep., 2021)。さらに、アレルギー性鼻炎におけるT細胞由来ヒスタミンの重要性(PLoS One 2021; Inflam. Res. 2021)、自己免疫性皮膚炎におけるインターフェロンの寄与(Sci. Rep. 2021; J Am Acad Dermatol. 2021)、肝炎との関連(Hepatology 2021; Redox Biol. 2022)を明らかにした。このように、本年度の研究では、共同研究を含めて自然・獲得免疫、炎症・アレルギー応答の細胞・生理機構解明を推進した。

今後の研究の推進方策

2021年度の研究をさらに発展させ、次の２項目について研究を推進する。
1.新規E3-LUBAC相互作用を介したユビキチン鎖の複雑化と生理機能制御
既にLUBACと相互作用することを見出している2種のE3酵素について、ノックアウト細胞を用いた炎症・自然免疫関連シグナル応答経路を精査する。また、LUBACと協調した複雑なユビキチン鎖生成の解明やTNF-αによって惹起されるアポトーシス・ネクロプトーシスなど細胞死に与える影響を解析する。さらに、これらE3のノックアウトマウスの全身炎症、敗血症、腸炎モデル解析を継続して進め、ヒト疾患との関連について解明する。
２. OTUD1の炎症シグナル制御と細胞機能制御
2021年度の質量分析研究から、我々が同定したLUBACやNF-κB活性を制御する新規脱ユビキチン化酵素(OTUD1)は、酸化ストレス応答に重要なKEAP1に結合するという新たな知見を見出した。これはOTUD1がNF-κBとNrf2/KEAP1という炎症応答に重要な２つのシグナル経路をクロストーク制御することを示唆している。そこで本年度の研究では、OTUD1-KO細胞を用いて、酸化ストレス応答や酸化ダメージによる細胞死制御など新展開に挑戦する。また、上記E3と同様に、Otud1-KOマウスを用いて病態モデル解析を進め、NF-κBとNrf2/KEAP1経路の関与を明らかにする。

研究成果

• [雑誌論文] Linear ubiquitination in immune and neurodegenerative diseases, and beyond (2022)
  • 著者名/発表者名: Tokunaga Fuminori、Ikeda Fumiyo
  • 雑誌名: Biochemical Society Transactions 巻: 50 ページ: 799～811
  • DOI: 10.1042/BST20211078
  • 査読あり
• [雑誌論文] Capacity of extracellular globins to reduce liver fibrosis via scavenging reactive oxygen species and promoting MMP-1 secretion (2022)
  • 著者名/発表者名: Hieu Vu Ngoc、Thuy Le Thi Thanh、Hai Hoang、Dat Ninh Quoc、Hoang Dinh Viet、Hanh Ngo Vinh、Phuong Dong Minh、Hoang Truong Huu、Sawai Hitomi、Shiro Yoshitsugu、Sato-Matsubara Misako、Oikawa Daisuke、Tokunaga Fuminori、Yoshizato Katsutoshi、Kawada Norifumi
  • 雑誌名: Redox Biology 巻: 52 ページ: 102286～102286
  • DOI: 10.1016/j.redox.2022.102286
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Th2 cells and macrophages cooperatively induce allergic inflammation through histamine signaling (2021)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki Naruhito、Terawaki Seigo、Shimizu Kouhei、Oikawa Daisuke、Sakamoto Hirokazu、Sunami Kishiko、Tokunaga Fuminori
  • 雑誌名: PLOS ONE 巻: 16 ページ: e0248158
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0248158
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Th2 cell-derived histamine is involved in nasal Th2 infiltration in mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Iwasaki Naruhito、Terawaki Seigo、Shimizu Kouhei、Oikawa Daisuke、Sakamoto Hirokazu、Sunami Kishiko、Tokunaga Fuminori
  • 雑誌名: Inflammation Research 巻: 70 ページ: 539～541
  • DOI: 10.1007/s00011-021-01458-x
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crosstalk Between NDP52 and LUBAC in Innate Immune Responses, Cell Death, and Xenophagy (2021)
  • 著者名/発表者名: Miyashita Hirohisa、Oikawa Daisuke、Terawaki Seigo、Kabata Daijiro、Shintani Ayumi、Tokunaga Fuminori
  • 雑誌名: Frontiers in Immunology 巻: 12 ページ: 63547
  • DOI: 10.3389/fimmu.2021.635475
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Interplay between protein acetylation and ubiquitination controls MCL1 protein stability (2021)
  • 著者名/発表者名: Shimizu Kouhei、Gi Min、Suzuki Shugo、North Brian J.、Watahiki Asami、Fukumoto Satoshi、Asara John M.、Tokunaga Fuminori、Wei Wenyi、Inuzuka Hiroyuki
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 37 ページ: 109988～109988
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109988
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Coordination of retrotransposons and type I interferon with distinct interferon pathways in dermatomyositis, systemic lupus erythematosus and autoimmune blistering disease (2021)
  • 著者名/発表者名: Kuriyama Yuko、Shimizu Akira、Kanai Saki、Oikawa Daisuke、Motegi Sei-ichiro、Tokunaga Fuminori、Ishikawa Osamu
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 23146
  • DOI: 10.1038/s41598-021-02522-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hexa Histidine?Tagged Recombinant Human Cytoglobin Deactivates Hepatic Stellate Cells and Inhibits Liver Fibrosis by Scavenging Reactive Oxygen Species (2021)
  • 著者名/発表者名: Dat NQ, Thuy LTT, Hieu VN, Hai H, Hoang DV, Thi Thanh Hai N, Thuy TTV, Komiya T, Rombouts K, Dong MP, Hanh NV, Hoang TH, Sato-Matsubara M, Daikoku A, Kadono C, Oikawa D, Yoshizato K, Tokunaga F, Pinzani M, Kawada N
  • 雑誌名: Hepatology 巻: 73 ページ: 2527～2545
  • DOI: 10.1002/hep.31752
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The synchronized gene expression of retrotransposons and type I interferon in dermatomyositis (2021)
  • 著者名/発表者名: Kuriyama Yuko、Shimizu Akira、Kanai Saki、Oikawa Daisuke、Tokunaga Fuminori、Tsukagoshi Hiroyuki、Ishikawa Osamu
  • 雑誌名: Journal of the American Academy of Dermatology 巻: 84 ページ: 1103～1105
  • DOI: 10.1016/j.jaad.2020.05.051
  • 査読あり
• [雑誌論文] MIND bomb 2 prevents RIPK1 kinase activity-dependent and -independent apoptosis through ubiquitylation of cFLIPL (2021)
  • 著者名/発表者名: Nakabayashi Osamu、Takahashi Hirotaka、Moriwaki Kenta、Komazawa-Sakon Sachiko、Ohtake Fumiaki、Murai Shin、Tsuchiya Yuichi、Koyahara Yuki、Saeki Yasushi、Yoshida Yukiko、Yamazaki Soh、Tokunaga Fuminori、Sawasaki Tatsuya、Nakano Hiroyasu
  • 雑誌名: Communications Biology 巻: 4 ページ: 80
  • DOI: 10.1038/s42003-020-01603-y
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] cyclic GMP-AMP synthase (cGAS) (2021)
  • 著者名/発表者名: 徳永文稔
  • 雑誌名: アレルギー 巻: 70 ページ: 1239-1240
  • 査読あり
• [雑誌論文] 直鎖状ユビキチン鎖による炎症制御 (2021)
  • 著者名/発表者名: 徳永文稔
  • 雑誌名: 炎症と免疫 巻: 29 ページ: 201-208
  • 査読あり
• [学会発表] 完全web形式での医学部1年生に対する遺伝カウンセリングロールプレ (2021)
  • 著者名/発表者名: 馬場遥香, 浄弘裕紀子, 堀田純子, 徳永文捻, 瀬戸俊之
  • 学会等名: 第44回日本遺伝カウンセリング学会学術集会
• [学会発表] 全身性エリテマトーデス、皮膚筋炎、自己免疫水泡症における協調したレトロトランスポゾンとⅠ型IFN経路の特徴 (2021)
  • 著者名/発表者名: 栗山裕子、清水晶、金井早紀、及川大輔、徳永文稔、石川治、茂木精一郎
  • 学会等名: 第68回北関東医学会総会
• [学会発表] A novel LUBAC-associated protein plays important roles in inflammatory response through regulation of programmed cell death (2021)
  • 著者名/発表者名: Tran Thi Thuy Linh、清水康平、及川大輔、高橋宏隆、澤崎達也、徳永文稔
  • 学会等名: 第94回日本生化学会大会
• [学会発表] p300-mediated acetylation promotes MCL1 stabilization and tumorigenesis (2021)
  • 著者名/発表者名: 清水康平, 魏民, 鈴木周五, 徳永文稔, 犬塚博之, Wenyi Wei
  • 学会等名: 第94回日本生化学会大会
• [学会発表] Identification of OTUD1 deubiquitinase as a regulator for innate immune responses, cell death, and inflammatory bowel disease (2021)
  • 著者名/発表者名: Oikawa D, Gi M, Kosako H, Shimizu K, Shiota M, Takahashi H, Sawasaki T, Tokunaga F.
  • 学会等名: 第94回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] HOIPIN-8, a chemical inhibitor for linear ubiquitination, suppresses ALS-related TDP-43 aggregation and inflammatory responses in neuronal cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Zhang Q, Terawaki S, Tokunaga F
  • 学会等名: 第15回日本臨床ストレス応答学会
• [学会発表] LUBACユビキチンリガーゼと直鎖状ユビキチン鎖が筋萎縮性側索硬化症関連タンパク質TDP-43の細胞質内凝集形成を促進する (2021)
  • 著者名/発表者名: 寺脇正剛, 張強, 及川大輔, 林邦忠, 布村一人, 駒川晋輔, 臼杵克之助, 徳永文稔
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 直鎖状ポリユビキチン鎖デコーダーZnUBPのNF-κBシグナル制御機構の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岩崎誠, 長尾和哉, 及川大輔, 小迫英尊, 徳永文稔, 高橋宏隆, 澤崎達也
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] A novel LUBAC-associated protein regulates NF-κB activation, apoptosis and necroptosis pathway (2021)
  • 著者名/発表者名: 清水康平, Tran Thi Thuy Linh, 及川大輔, 高橋宏隆, 澤崎達也, 徳永文稔
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Cellular functions regulated by complex-type ubiquitination including linear polyubiquitin chain (2021)
  • 著者名/発表者名: Tokunaga F, Terawaki S, Oikawa D, Shimizu K
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会,
  • 招待講演
• [備考] 大阪市立大学大学院医学研究科分子病態学
  • URL: http://osaka-cu-1seika.umin.jp