小胞体品質管理に関わる選別輸送ゾーンの解明

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Toward an integrative understanding of functional zones in organelles
• Project/Area Number: 17H06419
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 森 和俊 京都大学, 理学研究科, 教授 (70182194)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 尾野 雅哉 国立研究開発法人国立がん研究センター, 研究所, 研究員 (00270900) ; 西頭 英起 宮崎大学, 医学部, 教授 (00332627) ; 片桐 豊雅 徳島大学, 先端酵素学研究所(プロテオ), 教授 (60291895) ; 名黒 功 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 准教授 (80401222)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2022-03-31
• Keywords: オルガネラ・ゾーン

Outline of Annual Research Achievements

［森］新規合成タンパク質の折り畳みに関与する小胞体シャペロン群（BiP=GRP78, GRP94, calnexin)、小胞体関連分解に関与する小胞体膜貫通型タンパク質群 (Derlin1, Derlin2)、小胞体ストレス応答に関与するセンサータンパク質ATF6が異なるオルガネラ・ゾーンに存在することを見出している。これらの隔離の仕組みとゾーン形成の意義解明を目指す。［西頭］小胞体に関連する「①小胞体分解ゾーン」と「②ミトコンドリア-小胞体連携ゾーン」に関する研究を進めている。①の研究では、小胞体タンパク質の分解システムである小胞体関連分解と予防的品質管理の小胞体膜上でのゾーンの差異を明らかにすることを目指している。②については、小胞体センサー分子の一つPERKがミトコンドリアストレスにも応答することから、その生理的役割とストレスの応答ゾーン解明を目指している。［片桐］がん細胞におけるゴルジ体局在O結合型糖転移酵素による小胞体ストレスセンサー分子IRE1の糖鎖修飾を通じた小胞体ストレス応答活性化機構の解明を目指して、一般的な分泌タンパク質の輸送経路とは異なるIRE1の選別輸送経ゾーン、とりわけ、ゴルジ体―小胞体間シャトルゾーンの可視化および生化学的解析を通じた生理的、病態的意義の解明を目指す。［名黒］siRNAスクリーニング技術支援班として、領域内の複数の研究者とスクリーニング系の確立および実施を行なう［尾野］領域内の研究者のプロテオ－ム解析を支援する。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

［森］小胞体関連分解に関与する小胞体膜貫通タンパク質群（レトロトランスロコン構成タンパク質群）について、従来のSEL1L、Derlin1、Derlin2、Herp1、Herp2に加えてHRD1とgp78の遺伝子破壊細胞及びHRD1/gp78二重遺伝子破壊細胞を構築して解析を開始している。［西頭］小胞体分解ゾーンについて、小胞体関連分解と予防的品質管理の構成因子として共通する分子と共通しない分子を複数同定し報告した（Sci Rep. 2018）。ミトコンドリア-小胞体連携ゾーンについて、PERKがミトコンドリアストレスによって特異的にリン酸化されることを見出し、その部位に対するリン酸化抗体を作製した（特許出願中）。この特異的PERKリン酸化は、恒温動物における褐色脂肪細胞の熱産生機能に重要な役割を担うことを明らかにした（論文投稿中）。［片桐］IRE1のゴルジ体―小胞体間シャトルゾーンについて、昨年度までに作製したO結合型糖鎖修飾部位特異的認識抗体を用いて、がん細胞における小胞体ストレス刺激後のIRE1のゴルジ体局在化から小胞体へのシャトルの可視化およびIRE1のO結合型糖鎖修飾がGRP78との相互作用阻害に働くのを明らかにした。さらに、IRE1とは異なる分泌タンパク質の小胞体からゴルジ体輸送およびO結合型糖鎖修飾の細胞増殖への関与を明らかにした（論文投稿中）。［名黒］具体的なsiRNAスクリーニング支援の依頼を4件受けており、1件については既にスクリーニングを完遂した。その他にも測定系の相談など、支援依頼に発展する可能性のある案件も複数進行中である。［尾野］多くの研究者の依頼にこたえてプロテオ－ム解析を行った。

Strategy for Future Research Activity

［森］内在性のATF6遺伝子座にEGFPをノックインし、小胞体ストレスに応答してEGFP-ATF6が小胞体からゴルジ体に移行することを確認している。この系でsiRNAスクリーニングを行い、ATF6の輸送に関与するタンパク質を同定する。［西頭］小胞体分解ゾーンについては、小胞体関連分解と予防的品質管理に関与する分子群の近接をProximity ligation assayにより可視化し小胞体膜上での各分解ゾーンの差異を明示するとともに、異なる分解ゾーンの生理的意義を解明する。ミトコンドリア-小胞体連携ゾーンについては、ミトコンドリアストレスによってPERKがリン酸化される細胞内領域を可視化するとともに、そのリン酸化部位の変異体ノックインマウスを作製し、個体レベルでの整理的意義の解明を目指す。［片桐］IRE1のゴルジ体―小胞体間シャトルゾーンのがんにおける病態的意義解明のために、がん組織臨床検体を用いてO結合型糖鎖修飾部位特異的認識抗体による免疫染色を通じてIRE1の局在の検証を進める。IRE1の小胞体から輸送に関与する分子の同定をショットガンプロテオーム、相互作用の検証について生化学的解析にて試みる。さらに、IRE1のゴルジ体―小胞体間シャトルの動態を超解像度顕微鏡による可視化を試みる。［名黒］既に行なったスクリーニングのデータをもとに、画像解析装置や解析手法の最適化・効率化を行い、現在準備を進めている他のsiRNAスクリーニングの実施を行う。［尾野］さらに多くのプロテオ－ム解析支援を行う。

Research Products

• [Int'l Joint Research] MIT Whitehead Institute(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: MIT Whitehead Institute
• [Journal Article] Paradigm shift from "Compartment" to "Zone" in the understanding of organelles. (2019)
  • Author(s): Nishitoh H
  • Journal Title: J. Biochem. Volume: 165 Pages: 97-99
  • DOI: doi: 10.1093/jb/mvy107
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Endoplasmic reticulum quality control by garbage disposal. (2019)
  • Author(s): Kadowaki H, Nishitoh H
  • Journal Title: FEBS J. Volume: 286 Pages: 232-240
  • DOI: doi: 10.1111/febs.14589
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Monitoring lipid droplet dynamics in living cells by using fluorescent probes (2019)
  • Author(s): Tatenaka Y, Kato H, Ishiyama M, Sasamoto K, Shiga M, Nishitoh H, Ueno Y
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 58 Pages: 499-503
  • DOI: doi: 10.1021/acs.biochem.8b01071
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Molecular mechanism of ER stress-induced pre-emptive quality control involving association of the translocon, Derlin-1, and HRD1. (2018)
  • Author(s): Kadowaki H, Satrimafitrah P, Takami Y, Nishitoh H
  • Journal Title: Sci. Rep. Volume: 8 Pages: 7317
  • DOI: 10.1038/s41598-018-25724-x
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A prospective study to examine the accuracies and efficacies of prediction systems for response to neoadjuvant chemotherapy for muscle invasive bladder. (2018)
  • Author(s): Kato Y, Zembutsu H, Takata R, Matsuura T, Kato R, Kanehira M, Iwasaki K, Yamada N, Katagiri T, Sugai T, Fujioka T, Nakamura Y, *Obara W.
  • Journal Title: Oncol Lett. Volume: 16 Pages: 5775-5784
  • DOI: doi:10.3892/ol.2018.9330
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Germline pathogenic variants of 11 breast cancer genes in 7,051 Japanese patients and 11,241 controls. (2018)
  • Author(s): Momozawa Y, Iwasaki Y, Parsons MT, Kamatani Y, Takahashi A, Tamura C, Katagiri T, Yoshida T, Nakamura S, Sugano K, Miki Y, Hirata M, Matsuda K, Spurdle AB, *Kubo M.
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 9 Pages: 4083
  • DOI: 10.1038/s41467-018-06581-8
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Critical role of estrogen receptor alpha O-glycosylation by N-acetylgalactosaminyltransferase 6 (GALNT6) in its nuclear localization in breast cancer cells. Neoplasia. (2018)
  • Author(s): Deng B, Tarhan YE, Ueda K, Ren L, Katagiri T, Park JH, *Nakamura Y
  • Journal Title: Neoplasia Volume: 20 Pages: 1038-1044
  • DOI: 10.1016/j.neo.2018.08.006
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] alpha-particle therapy for synovial sarcoma in the mouse using an astatine-211-labeled antibpdy against fizzled homolog 10. (2018)
  • Author(s): Li HK, Sugyo A, Tsuji AB, Morokoshi Y, Minegishi K, Nagasu K, Kanda H, Harada Y, Nagayama S, Katagiri T, Nakamura Y, Higashi T, Hasegawa S.
  • Journal Title: Cancer Sci. Volume: 109 Pages: 2302-2309
  • DOI: 10.1111/cas.13636.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A first-in-human study investigating biodistribution, safety and recommended dose of a new radiolabeled MAb targeting FZD10 in metastatic synovial sarcoma patients. (2018)
  • Author(s): Giraudet AL, Cassier PA, Iwao-Fukukawa C, Garin G, Badel JN, Kryza D, Chabaud S, Gilles-Afchain L, Clapisson G, Desuzinges C, Sarrut D, Halty A, Italiano A, Mori M, Tsunoda T, Katagiri T, Nakamura Y, Alberti L, Cropet C, Baconnier S, Berge-Montamat S，Perol D, Blay JY.
  • Journal Title: BMC Cancer Volume: 18 Pages: 646
  • DOI: 10.1038/s41598-018-25724-x.
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A small-molecule inhibitor of SOD1-Derlin-1 interaction ameliorates pathology in an ALS mouse model. (2018)
  • Author(s): Tsuburaya, N., Homma, K., Higuchi, T., Balia, A., Yamakoshi, H., Shibata, N., Nakamura, S., Nakagawa, H., Ikeda, S. I., Umezawa, N., Kato, N., Yokoshima, S., Shibuya, M., Shimonishi, M., Kojima, H., Okabe, T., Nagano, T., Naguro, I., Imamura, K., Inoue, H., Fujisawa, T. and ＊Ichijo, H.
  • Journal Title: Nat. Commun. Volume: 9 Pages: 2668
  • DOI: 10.1038/s41467-018-05127-2
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] β-TrCP-dependent degradation of ASK1 suppresses the induction of the apoptotic response by oxidative stress. (2018)
  • Author(s): Cheng, R., Takeda, K., Naguro, I., Hatta, T., Iemura, S., Natsume, T., ＊Ichijo, H. and ＊Hattori, K
  • Journal Title: Biochim. Biophys. Acta, Volume: 1862 Pages: 2271-2280
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2018.07.015
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nuclear receptor/Wnt beta-catenin interactions are regulated via differential CBP/p300 coactivator usage. (2018)
  • Author(s): Ono M, Lai KKY, Wu K, Nguyen C, Lin DP, Murali R, Kahn M.
  • Journal Title: PLoS ONE Volume: 13 Pages: e0200714.
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0200714.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 小胞体の機能と制御のダイナミクス (2018)
  • Author(s): 森 和俊
  • Organizer: 第９１回日本生化学会大会・特別講演
  • Invited
• [Presentation] Crosstalk signaling between mitochondria and endoplasmic reticulum is essential for brown adipocyte function (2018)
  • Author(s): Hideki Nishitoh
  • Organizer: Keystone Symposia conference“Mitochondrial Biology”
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Novel therapeutic strategy for breast cancer utilizing activation of tumor suppressor PHB2 (2018)
  • Author(s): Toyomasa Katagiri
  • Organizer: The 34th Radiation Biology Center International Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] プロテアソーム依存的なASK3の不活性化による高浸透圧ストレス応答の制御 (2018)
  • Author(s): 周 翔宇、渡邊 謙吾、森下 和浩、名黒 功、一條 秀憲
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会
• [Presentation] トリプリネガティブ乳がんにおけるRHBDL2の役割解明と抗体創薬の可能性 (2018)
  • Author(s): 奥村 和正, 松下 洋輔, 小松 正人, 木村 竜一朗, 吉丸 哲郎, 尾野 雅哉, 三好 康雄, 本田 純子, 笹 三徳, 丹黒 章, 片桐 豊雅
  • Organizer: 第77回日本癌学会学術総会
• [Book] 生体の化学「タンパク質・核酸の分子修飾」 (2018)
  • Author(s): 加藤裕紀、西頭英起
  • Total Pages: 5ページ（分担）
  • Publisher: 医学書院
  • ISBN: 03709531
• [Book] Precision Medicine (2018)
  • Author(s): 吉丸哲郎、片桐豊雅
  • Total Pages: 5ページ、p74-79
  • Publisher: 北隆館 ニューサイエンス社
  • ISBN: 17791-10
• [Patent(Industrial Property Rights)] プローブ、ミトコンドリアの状態判定用キット、ミトコンドリアの状態判定方法及びミトコンドリア機能改善剤のスクリーニング方法 (2019)
  • Inventor(s): 西頭英起、加藤裕紀
  • Industrial Property Rights Holder: 西頭英起、加藤裕紀
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 特願2018-234295