タンパク質分解制御による酸化ストレス応答機構の解明

通过蛋白质降解控制阐明氧化应激反应机制

• 批准号: 19044006
• 负责人: 小林 聡
• 金额: $ 4.1万
• 依托单位: Doshisha University (2008)Tohoku University (2007)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19044006/
• 关键词: 酸化ストレス; センサー; タンパク質構造; ユビキチン; シグナル伝達; ストレス; 蛋白質; タンパク質分解

Keap1-Nrf2システムは, 生体の酸化ストレス・親電子性物質応答に関わる遺伝子発現制御システムである。Keap1は, 酸化ストレスに対するセンサーであり, 一方Nrf2は酸化ストレス防御遺伝子の発現を活性化する転写因子として機能する。最近申請者は, 酸化ストレスセンサーであるKeap1が, Cul3型ユビキチンライゲースのアダプターとしての機能も持ち, 転写因子Nrf2をプロテアソーム依存的にすみやかに分解していることを, 世界に先駆けて明らかにした。さらに, 酸化ストレスによるNrf2の活性化の実態は, Keap1-Cul3ユビキチンライゲースによる分解抑制からの脱抑制であることを示していた。本研究では, この酸化ストレスによるKeap1依存的ユビキチン化反応の阻害機構とさらに他のシグナル系とのクロストークについて解析を行った。まずKeap1とM2の相互作用は, Nrf2のNeh2ドメイン内にあるDLGモチーフとETGEモチーフがそれぞれKeap1のDGRドメインと相互作用することを示した。DLG-DGR間の結合親和性はETGE-DGR間よりも低く, この結合が解離してもNrf2のユビキチン化が阻害され, 安定化することを見出した。したがって, 酸化ストレスによるNrf2の活性化機構の実態は, Keap1のシステイン残基の酸化修飾によりKeap1二量体の構造変換をもたらし, DLG-DGR間の結合が解離することにあるという申請者の仮説を支持した。さらにこのDLG-DGR間の結合を阻害する因子としてオートファジーに関わるp62を同定した。p62は, Keap1のDGRドメインに結合することで, Nrf2とKeap1の相互作用を競合的に阻害した。すなわち, 細胞内のバルクなタンパク質分解機構であるオートファジーとKeap1-Nrf2システムのクロストークの存在を明らかにした。

KEAP1-NRF2系统是一种基因表达控制系统，涉及活生物体中氧化应激和亲电物质的反应。 KEAP1是氧化应激的传感器，而NRF2则是激活氧化应激防御基因表达的转录因子。最近，申请人透露，氧化应激传感器KEAP1也是CUL3型泛素连接酶的适配器，并以蛋白酶体依赖性方式迅速分解了转录因子NRF2。此外，结果表明，通过氧化应激对NRF2的实际激活是抑制Keap1-Cul3泛素连接酶抑制降解的抑制作用。在这项研究中，我们分析了由氧化应激和与其他信号系统串扰引起的Keap1依赖性泛素化反应的抑制机制。首先，Keap1和M2之间的相互作用表明，NRF2 NEH2域中的DLG基序和ETGE基序分别与KEAP1的DGR结构域相互作用。 DLG-DGR之间的结合亲和力低于ETGE-DGR之间的结合亲和力，并且发现即使分离该键，NRF2的泛素化也被抑制和稳定。因此，我们支持申请人的假设：NRF2通过氧化应激的激活机理通过KEAP1中半胱氨酸残基的氧化修饰而导致KEAP1二聚体的结构转化，并且DLG-DGR之间的结合分离。此外，与自噬有关的p62被确定为抑制DLG-DGR之间结合的因素。 P62通过与Keap1的DGR结构域结合，竞争性抑制NRF2和KEAP1之间的相互作用。换句话说，我们揭示了自噬的存在，自噬是KEAP1-NRF2系统的细胞和串扰内的大量蛋白水解机制。

项目成果

Oxidative stress sensor Keap1 functions as an adaptor for Cul3-based Ub E3 ligase to regulate proteasomal degradation of Nrf2

氧化应激传感器 Keap1 作为基于 Cul3 的 Ub E3 连接酶的适配器来调节 Nrf2 的蛋白酶体降解

• 发表时间: 2007
• 作者: Tong Kl;et. al.;小林聡;小林 聡
• 通讯作者: 小林 聡

Hepatocyte-Specific Deletion of Heme Oxygenase-1 Disrupts Redox Homeostasis in Basal and Oxidative Environments

• DOI: 10.1620/tjem.216.331
• 发表时间: 2008-12-01
• 期刊: TOHOKU JOURNAL OF EXPERIMENTAL MEDICINE
• 影响因子: 2.2
• 作者: Mamiya, Takashi;Katsuoka, Fumiki;Hosoya, Tomonori
• 通讯作者: Hosoya, Tomonori

Loss of Keap1 function activates Nrf2 and provides advantages for lung cancer cell growth

• DOI: 10.1158/0008-5472.can-07-5003
• 发表时间: 2008-03-01
• 期刊: CANCER RESEARCH
• 影响因子: 11.2
• 作者: Ohta, Tsutonm;Iijima, Kumiko;Hirohashi, Setsuo
• 通讯作者: Hirohashi, Setsuo

Physiological significance of reactive cysteine residues of keap1 in determining Nrf2 activity

• DOI: 10.1128/mcb.01704-07
• 发表时间: 2008-04-01
• 期刊: MOLECULAR AND CELLULAR BIOLOGY
• 影响因子: 5.3
• 作者: Yamamoto, Tae;Suzuki, Takafumi;Yamamoto, Masayuki
• 通讯作者: Yamamoto, Masayuki

Keap1 regulates the constitutive expression of GST A1 during differentiation of Caco-2 cells

• DOI: 10.1021/bi800199z
• 发表时间: 2008-06-10
• 期刊: BIOCHEMISTRY
• 影响因子: 2.9
• 作者: Kusano, Yuri;Horie, Shunsuke;Uchida, Koji
• 通讯作者: Uchida, Koji