プロテアソーム：相分離とユビキチンが拓く生理病態学

蛋白酶体：由相分离和泛素发展而来的生理病理生理学

• 批准号: 22H00419
• 负责人: 田中 啓二
• 金额: $ 27.21万
• 依托单位: Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H00419/
• 关键词: プロテアソーム; ユビキチン; 相分離; ATP; 神経変性疾患

研究代表者は、巨大で複雑なタンパク質分解酵素であるプロテアソームの構造と機能に関する基礎研究を推進してきた。本研究では、（1）タンパク質相分離が駆動するプロテアソーム動態とプロテオスタシス制御機構と（2）ユビキチン分岐鎖の分子機能に着目した課題を遂行している。本年度、（1）について、ATP枯渇ストレスで形成するユビキチン・プロテアソーム液滴の解析を行い、本液滴が相転移で形成するハイドロゲル様の性質を持ち、細胞毒性を示すこと、すなわち神経変性疾患など広範の疾病で観察されるユビキチン封入体に類似することを明らかにした。また、液滴の効率的な形成にはE3ユビキチンリガーゼであるUBE3AやUBR5を、解離にはp97 ATPaseや脱ユビキチン化酵素を必要とすることを明らかにした。興味深いことに、ユビキチンに結合するプロテアソーム構成サブユニットの発現低下により、ユビキチン化基質自体の液滴化が阻害されたことから、プロテアソームがユビキチン化基質の相分離を亢進させる、相分離ドライバーである可能性が示唆された。また、培養細胞レベルでのユビキチン封入体の解析系の構築を目的に、神経変性疾患の病原性遺伝子TDP43をモデル基質とした実験系作出に着手した。（2）について、E3ユビキチンリガーゼcIAPを利用した標的タンパク質分解誘導剤の分子機構を解析し、その効率的な標的タンパク質分解には、K63鎖からK11鎖とK48鎖が枝分かれしたK11/K48/K63分岐鎖が重要であることを明らかにした（Nat Chem Biol 2023）。

主要研究人员一直在对蛋白酶体（一种大型且复杂的蛋白质降解酶）的结构和功能进行基础研究。本研究重点关注（1）蛋白质相分离驱动的蛋白酶体动力学和蛋白质稳态控制机制，以及（2）泛素支链的分子功能。今年，关于（1），我们分析了ATP耗尽应激下形成的泛素蛋白酶体液滴，发现这些液滴具有相变形成的水凝胶样特性，并表现出细胞毒性，即神经退行性疾病。泛素包涵体与在多种疾病中观察到的泛素包涵体相似。我们还发现，E3 泛素连接酶 UBE3A 和 UBR5 是有效液滴形成所必需的，而 p97 ATPase 和去泛素酶是解离所必需的。有趣的是，与泛素结合的蛋白酶体亚基的表达减少抑制了泛素化底物本身的液滴形成，这表明蛋白酶体是增强泛素化底物相分离的相分离驱动剂。此外，为了构建在培养细胞水平上分析泛素包涵体的系统，我们开始使用神经退行性疾病致病基因TDP43作为模型底物创建实验系统。关于(2)，我们使用E3泛素连接酶cIAP分析了靶蛋白降解诱导剂的分子机制，结果表明支链很重要(Nat Chem Biol 2023)。

项目成果

プロテアソームの基礎から医学研究へ

从蛋白酶体基础知识到医学研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Yoshida;Y.;Saeki;Y.;Tsuchiya;H.;and Tanaka;K.;田中啓二;Keiji TANAKA;田中啓二;田中啓二;Keiji TANAKA;田中啓二
• 通讯作者: 田中啓二

cIAP1-based degraders induce degradation via branched ubiquitin architectures

• DOI: 10.1038/s41589-022-01178-1
• 发表时间: 2022-10-31
• 期刊: NATURE CHEMICAL BIOLOGY
• 影响因子: 14.8
• 作者: Akizuki, Yoshino;Morita, Mai;Ohtake, Fumiaki
• 通讯作者: Ohtake, Fumiaki

オートファジーと栄養

自噬和营养

• 发表时间: 2022
• 作者: Yoshida;Y.;Saeki;Y.;Tsuchiya;H.;and Tanaka;K.;田中啓二;Keiji TANAKA;田中啓二
• 通讯作者: 田中啓二

オートファジーとプロテアソーム

自噬和蛋白酶体

• 发表时间: 2022
• 作者: Akizuki Yoshino;Morita Mai;Mori Yuki;Kaiho-Soma Ai;Dixit Shivani;Endo Akinori;Shimogawa Marie;Hayashi Gosuke;Naito Mikihiko;Okamoto Akimitsu;Tanaka Keiji;Saeki Yasushi;Ohtake Fumiaki;田中啓二;田中啓二
• 通讯作者: 田中啓二

Elucidation of ubiquitin-conjugating enzymes that interact with RBR-type ubiquitin ligases using a liquid-liquid phase separation-based method.

• DOI: 10.1016/j.jbc.2022.102822
• 发表时间: 2023-02
• 期刊: JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY
• 影响因子: 4.8
• 作者: Hayashida, Ryota;Kikuchi, Reika;Imai, Kenichiro;Kojima, Waka;Yamada, Tatsuya;Iijima, Miho;Sesaki, Hiromi;Tanaka, Keiji;Matsuda, Noriyuki;Yamano, Koji
• 通讯作者: Yamano, Koji