超硫黄分子に着目したアミノアシルtRNA合成酵素の新規機能の探索

2023 年度 実績報告書

• 研究領域: 新興硫黄生物学が拓く生命原理変革
• 研究課題/領域番号: 22H05559
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 若杉 桂輔 東京大学, 大学院総合文化研究科, 教授 (20322167)
• 研究期間 (年度): 2022-06-16 – 2024-03-31
• キーワード: 超硫黄分子 / アミノアシルtRNA合成酵素 / 蛋白質 / 機能 / 制御機構 / アミノアシル化反応 / 多機能性蛋白質 / トリプトファニルtRNA合成酵素

研究実績の概要

ヒトのトリプトファニルtRNA合成酵素(TrpRS)は、新型コロナウイルスに感染すると最も発現量が増加する蛋白質の一つであることが判明し、炎症・免疫の観点から近年非常に着目されている。ヒトTrpRSはインターフェロン(IFN)-γで発現量が著しく増加する。超硫黄分子には炎症性サイトカインIFN-γの働きを抑える効果がある。我々は、ヒト細胞へのIFN-γ処理により、免疫寛容を誘導する細胞外から細胞内へのトリプトファン(Trp)に対する高い親和性と高い選択性を有する高感度Trp取り込みが著しく増加し、ヒトTrpRS蛋白質と細胞のTrp飢餓条件が高感度Trp取り込みに重要であることを明らかにしてきた。本研究では、この我々が発見した、ヒトIFN-γ刺激下でのヒトTrpRSを介する高感度なTrp取り込みの作用機序の解明に挑んだ。まず、トリプトファニルAMPを合成できないTrpRS変異体の過剰発現では細胞の高感度Trp取り込みが促進されないことや、TrpRSのトリプトファニルAMP合成を抑制すると高感度Trp取り込みが低下することを示し、TrpRSがトリプトファニルAMPの合成を介して高感度Trp取り込みを促進することを明らかにした。また、ヒトTrpRSがトリプトファニルAMPをターゲット蛋白質のLys残基に反応させることによりトリプトファニル化修飾を行うこと、また、Trp飢餓条件において、ヒトTrpRSは多くの蛋白質と特異的に結合することを明らかにした。さらに、マウスでは、ヒトTrpRSと同じ分子長のものに加え、alternative splicingによりC末端に6アミノ酸配列が付加されたTrpRSバリアントが産生され、IFN-γによりその発現量が増加すること、また、そのマウスTrpRSバリアントでは6アミノ酸配列内のCys残基の硫黄が機能制御に重要であることを明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

令和5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

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Tryptophan-Starved Human Cells Overexpressing Tryptophanyl-tRNA Synthetase Enhance High-Affinity Tryptophan Uptake via Enzymatic Production of Tryptophanyl-AMP (2023)
  • 著者名/発表者名: Yokosawa Takumi、Wakasugi Keisuke
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 24 ページ: 15453～15453
  • DOI: 10.3390/ijms242015453
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Extracellular aaRSs drive autoimmune and inflammatory responses in rheumatoid arthritis via the release of cytokines and PAD4 (2023)
  • 著者名/発表者名: Kimura Akihiro, Takagi Takeshi, Thamamongood Thiprampai, Sakamoto Satoshi, Ito Takumi, Seki Iwao, Okamoto Masahiro, Aono Hiroyuki, Serada Satoshi, Naka Tetsuji, Imataka Hiroaki, Miyake Kensuke, Ueda Takuya, Miyanokoshi Miki, Wakasugi Keisuke et al.
  • 雑誌名: Annals of the Rheumatic Diseases 巻: 82 ページ: 1153-1161
  • DOI: 10.1136/ard-2023-224055
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 免疫寛容を誘導する新規なトリプトファン輸送機構の解明 (2024)
  • 著者名/発表者名: 横沢 匠、宮ノ腰 美希、若杉 桂輔
  • 学会等名: 第50回生体分子科学討論会
• [学会発表] 細胞内環境の変化に応じたニューログロビンのGタンパク質識別機能の解明 (2024)
  • 著者名/発表者名: 吉田 希生、高塚 絢、高橋 望、横沢 匠、若杉 桂輔
  • 学会等名: 第23回 東京大学生命科学シンポジウム
• [学会発表] トリプトファニルtRNA合成酵素を介する細胞内への高親和性トリプトファン取り込みにおけるトリプトファン代謝酵素の役割の解明 (2023)
  • 著者名/発表者名: 横沢 匠、若杉 桂輔
  • 学会等名: 第96回 日本生化学会大会
• [学会発表] Search for novel functions of aminoacyl-tRNA synthetase focusing on supersulfide molecules (2023)
  • 著者名/発表者名: Wakasugi, K.
  • 学会等名: The 3rd meeting of Transformative Research Area (A) “Innovative Sulfur Biology Emerging from Supersulfides”
• [備考] 東京大学大学院総合文化研究科 若杉桂輔研究室のホームページ
  • URL: https://park.itc.u-tokyo.ac.jp/wakasugilab/