胚性プロテアソームによるタンパク質品質管理機構とその機能の解明

阐明胚胎蛋白酶体的蛋白质质量控制机制及其功能

基本信息

批准号：
10F00396
负责人：
村田茂穂
金额：
$ 1.34万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

哺乳類における受精直後、卵子に蓄積されていた母性蛋白質は急速に分解され、新たな胚性遺伝子群が活性化される。この時期を遺伝子発現が母性から胚性に移行する時期(Maternal-to-zygotic transition,MZT)と呼ばれており、この時期を経ることによって、生殖細胞に究極に分化した卵子は全ての細胞に分化することの出来る能力(全能性、Totipotency)を持った初期胚にリプログラミングされる。しかし、全能性の獲得に重要なMZT時期における母性タンパク質の分解に関する研究は極端に少ない。これまでの知見では、マウス初期胚でタンパク質のユビキチン化やプロテアソームの存在が認められることが報告され、漠然と母性タンパク質の分解にユビキチンープロテアソーム系が関与する可能性が示唆されているに過ぎず(Solter,D.et al.,2004)、その詳細な分子メカニズムは全く不明であった。最近、我々はMZT時期に特異的に発現する遺伝子の探索から、ZPAC(Zygote-specific proteasome assembly chaperone)タンパク質の同定に成功した。このZPACが受精後の初期胚に特異的な胚性プロテアソームの形成に関与することと、さらにZPACをノックダウンするとユビキチン化されたタンパク質が蓄積され、初期胚は発生しないことを明らかにした。このようなことから、ZPACが形成に関与する胚性プロテアソームによって受精後に大量のタンパク質が分解されることで、初期胚の正常な発生が保証されることが初めて示唆された。そして、受精直後精子ミトコンドリアの分解の際に、精子ミトコンドリアはユビキチン化されオートファジーにより分解されることが報告されている。しかし、その詳細な分子機構は未知であったが、我々は初めて、受精直後精子ミトコンドリアがユビキチン化されるためのE3ユビキチンリガーゼの同定に成功した。このようなことから、精子ミトコンドリアの分解の機構がより明らかになることが期待される。このように、マウス初期胚の発生段階においてユビキチンープロテアソーム系は最も重要であることが示唆された。

哺乳动物受精后，卵子中积累的母体蛋白质立即被迅速降解，新的胚胎基因被激活。这个时期被称为基因表达从母体向胚胎转变的时期（母体向合子转变，MZT），经过这个时期，已经分化为生殖细胞的卵子，所有细胞都被重新编程为早期细胞。胚胎具有分化能力（全能性）。然而，关于MZT期间母体蛋白质降解的研究极少，而这对于全能性的获得很重要。先前的研究结果报道，在早期小鼠胚胎中观察到蛋白质泛素化和蛋白酶体的存在，并且仅模糊地表明泛素-蛋白酶体系统可能参与母体蛋白质的降解（Solter，D.等人，2004），但详细的分子机制完全未知。最近，我们通过寻找MZT期间特异性表达的基因，成功鉴定了ZPAC（Zygote特异性蛋白酶体组装伴侣）蛋白。我们发现，这种 ZPAC 参与受精后早期胚胎特异的胚胎蛋白酶体的形成，当 ZPAC 被敲除时，泛素化蛋白会积累，早期胚胎不会发育。这些结果首次表明，参与ZPAC形成的胚胎蛋白酶体在受精后降解大量蛋白质，从而保证早期胚胎的正常发育。据报道，当精子线粒体在受精后立即降解时，精子线粒体被泛素化并通过自噬降解。然而，尽管详细的分子机制尚不清楚，但我们首次成功鉴定了负责受精后立即泛素化精子线粒体的E3泛素连接酶。基于这些发现，预计精子线粒体降解的机制将变得更加清晰。这些结果表明泛素-蛋白酶体系统在小鼠早期胚胎发育过程中最为重要。