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。

在哺乳动物中受精后，立即迅速降解了卵子中的母体蛋白质，并激活了新的胚胎基因。这个时期称为基因表达从母体到胚胎过渡（MZT）的转变，并且通过此期间，最终分化为生殖细胞的卵被重编程为早期胚胎，具有分化为所有细胞（Totipotency）的能力。但是，在MZT期间，对母体蛋白质降解的研究极少，这对于获得静脉曲张非常重要。先前的发现报道说，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，只有模糊地表明，泛素 - 蛋白酶体系统可能与孕产妇蛋白质的降解有关（Solter，D。等人，2004年），并且该机制的详细分子机制是完全不合适的。最近，我们通过搜索在MZT时期特异性表达的基因，成功地鉴定了ZPAC（合子特异性蛋白酶体组合蛋白）蛋白。我们发现，ZPAC参与受精后特有早期胚胎的胚胎蛋白酶体的形成，ZPAC的敲低会积聚泛素化的蛋白质，并且早期胚胎没有发展。这表明首次通过胚胎蛋白酶体受精后大量蛋白质降解，其中ZPAC参与了形成，可确保早期胚胎的正常发育。据报道，精子线粒体在受精后立即被自噬泛素化和降解。但是，尽管其详细的分子机制尚不清楚，但我们已经成功地识别了受精后立即识别精子线粒体泛素化的E3泛素连接酶。由此，可以预期精子线粒体降解的机制将变得更加清晰。因此，有人提出，在早期小鼠胚胎的发育阶段，泛素 - 蛋白酶体系统是最重要的。