2019 Fiscal Year Annual Research Report
Ubiquitin structural biology providing the molecular basis for chemo-technologies
| Project Area | New frontier for ubiquitin biology driven by chemo-technologies |
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18H05501
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
深井 周也 東京大学, 定量生命科学研究所, 委嘱教授 (10361792)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2023-03-31
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| Keywords | 構造生物学 / 分子間相互作用 / ユビキチン / シグナル伝達 / タンパク質工学 / ケミカルバイオロジー / キメラ化合物 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ユビキチン修飾は、タンパク質分解のシグナルとしての役割にとどまらず、多様な細胞機能に必須な役割を担う。ユビキチン自身も修飾の対象であり、７ヶ所のリジン残基（K6、K11、K27、K29、K33、K48、K63）とN末端メチオニン（M1）のアミノ基を介して数珠つなぎになったユビキチン鎖として機能する例も多い。近年では、異なる鎖が混在する鎖（混合鎖）や、途中で分岐した鎖（分岐鎖）の存在に加えて、リン酸化などの翻訳後修飾がユビキチンに起きることも明らかになり、ユビキチン修飾系は想定を超えた複雑さを呈してきている。本研究では、特定のユビキチン鎖を選択的に認識するユビキチン結合ドメインや脱ユビキチン化酵素の立体構造解析により、新規の鎖タイプ選択的な認識機構を解明する。また、研究領域内で創出される機能性化合物の作用機構解明に必要な立体構造解析を行う。
昨年度は、酵母のタンパク質分解系でK48鎖を認識するNpl4とK48鎖との複合体の結晶構造を決定したが、さらに、Npl4と共にp97/Cdc48のコファクターとして機能するUfd1との複合体の構造も決定した。計画研究1（佐伯班）との共同研究で、in vitroおよびin vivoでの変異体解析を行い、全ての成果をまとめて論文として発表した。また、アンジェルマン症候群の原因遺伝子産物であり、プロテアソームサブユニットPSMD4と結合するユビキチンリガーゼUBE3Aについて、結合ドメイン同士の複合体の結晶構造を昨年度に決定したが、Npl4と同様に、in vitroでの変異体解析を行った。公募班との共同研究では、低分子化合物（SubquinocinおよびHOIPIN）によるユビキチンシグナル制御の構造解析に貢献した。その成果は論文として発表されている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度までに、Npl4-K48鎖複合体やTAB2-K6鎖複合体の立体構造を決定して、鎖タイプ選択的な新たな認識機構を明らかにしている。また、プロテアソーム分解を制御するNpl4-Ufd1複合体やUBE3A-PSMD4複合体の立体構造も決定して、制御に重要な分子間相互作用のメカニズムも明らかにしている。ユビキチンシグナルを制御する化合物に関する構造解析でも成果を発表しており、構造解析を中心とした研究は概ね順調に進んでいる。一方、神経変性疾患に関連するユビキチンリガーゼ（E3）に結合する化合物の探索では、単純に結合能を指標とする探索では優れた候補化合物を得ることができなかったが、新たにE2-E3相互作用の阻害を指標とするスクリーニング系を確立しつつある。また、Npl4に対する阻害剤開発を公募班との共同研究で開始した。概ね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
Npl4は六量体ATPase Cdc48/p97の補因子であり、もう一つの補因子であるUfd1とヘテロ二量体（UN）を形成し、ユビキチン化基質を膜や複合体から引き抜いてプロテアソームへ供給する役割を担う。プロテアソームの阻害剤は、すでに抗がん剤として上市されているが、Cdc48/p97-UN複合体の阻害剤も同様の効果が期待できる。UN複合体の立体構造に基づく阻害化合物の開発を公募班との共同研究で開始したので、積極的に推し進める。神経変性疾患に関わるE3に選択的に結合する化合物探索では、E2-E3相互作用の阻害を指標とするスクリーニング系を確立して、実際のスクリーニングに活用する。この系は、他のE3にも応用が可能なので、活用を検討する。
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