タンパク質寿命が制御するシン・バイオロジー

Shin-biology regulated by protein lifetime
文部科学省 科学研究費補助金 学術変革領域研究(A) 令和5年〜9年度

Planned Research

A02
ミトコンドリアタンパク質の寿命制御の構造基盤
尾勝 圭
京都大学理学研究科 助教
http://kuchem.kyoto-u.ac.jp/kozo/index.html
researchmap: https://researchmap.jp/kei_okatsu
概要

ミトコンドリア膜電位は、エネルギー産生やミトコンドリア内へのタンパク質輸送に影響します。ミトコンドリア膜電位の低下によって変動するタンパク質の一つとしてPINK1があります。PINK1はN末端側にミトコンドリア移行シグナルと膜貫通領域をもち、C末端側にセリン・スレオニンタンパク質リン酸化酵素(キナーゼ)ドメインをもちます。正常なミトコンドリアでは、PINK1はミトコンドリア内膜プロテアーゼによって膜貫通領域で切断されます。切断によって露出したN末端デグロンはユビキチンリガーゼUBRによって認識され、ユビキチン化されてプロテアソーム分解へ導かれます。PINK1のフォールディングにはキナーゼシャペロン複合体の関与が示唆されています。PINK1の細胞内動態の理解は進んできましたが、分解と安定化の分子機構の構造基盤は未解明です。また、PINK1の制御タンパク質はPINK1以外の基質タンパク質も制御しています。本研究では、PINK1をモデル基質にして、立体構造解析(X線結晶構造解析やクライオ電子顕微鏡(Cryo-EM) 単粒子解析)や生化学、物理科学的な解析手法を駆使し、分解と安定化プロセスの詳細を解明します。他の基質との同異点からタンパク質寿命を制御する分子機構の理解を深めます。

  1. Okatsu K., Sato Y., Yamano K., Matsuda N., Negishi L., Takahashi A., Yamagata A., Goto-Ito S., Mishima M., Ito Y., Oka T., Tanaka K., & Fukai S. (2018) Structural insights into ubiquitin phosphorylation by PINK1. Sci Rep. 10.1038/s41598-018-28656-8
  2. Okatsu K., Koyano F., Kimura M., Kosako H., Saeki Y., Tanaka K., & Matsuda N. (2015) Phosphorylated ubiquitin chain is the genuine Parkin receptor. Journal of Cell Biology. 10.1083/jcb.201410050
  3. Koyano F., Okatsu K., Kosako H., Tamura Y., Go E., Kimura M., Kimura Y., Tsuchiya H., Yoshihara H., Hirokawa T., Endo T., Fon E. A., Trempe J. F., Saeki Y., Tanaka K., & Matsuda N. (2014) Ubiquitin is phosphorylated by PINK1 to activate parkin. Nature. 10.1038/nature13392
  4. Okatsu K., Oka T., Iguchi M., Imamura K., Kosako H., Tani N., Kimura M., Go E., Koyano F., Funayama M., Shiba-Fukushima K., Sato S., Shimizu H., Fukunaga Y., Taniguchi H., Komatsu M., Hattori N., Mihara K., Tanaka K., & Matsuda N. (2012) PINK1 autophosphorylation upon membrane potential dissipation is essential for Parkin recruitment to damaged mitochondria. Nat Commun. 10.1038/ncomms2016
  5. Matsuda N., Sato S., Shiba K., Okatsu K., Saisho K., Gautier C. A., Sou Y. S., Saiki S., Kawajiri S., Sato F., Kimura M., Komatsu M., Hattori N., & Tanaka K. (2010) PINK1 stabilized by mitochondrial depolarization recruits Parkin to damaged mitochondria and activates latent Parkin for mitophagy. Journal of Cell Biology. 10.1083/jcb.200910140