領域略称:ケモユビキチン
領域番号:複合010
領域代表者:佐伯 泰

研究チーム

研究項目A01 計画研究

(公財)東京都医学総合研究所生体分子先端研究分野 副参事研究員
(公財)東京都医学総合研究所生体分子先端研究分野 主席研究員


本計画研究の概要

  •  私たちはユビキチン鎖の連結様式に着目した高感度定量プロテオミクス解析を開発し、様々な鎖の機能を解析してきました。その過程でリン酸化やアセチル化などの化学修飾を受けたユビキチンを同定するなどユビキチンコードの拡大に貢献するとともに、ユビキチン鎖の「長さ」や「分岐」といった高次構造がユビキチンコードの機能において極めて重要な役割を果たす可能性を世界に先駆けて提唱してきました。しかし、ユビキチンコードの全体像は未だ不明であり、デコーダー分子の使い分けや機能連携も不明な点が数多く残されています。
  •  本研究では、ユビキチン解析に特化した様々な最先端プロテオミクス解析法を確立し、領域内で開発するケモテクノロジーを利用して、ユビキチンシグナルの根幹である「ユビキチン修飾の高次構造」の直接の解析と「デコーダー分子による識別・解読機構」の解明に挑戦します。
  • 1. 最先端ユビキチン・プロテオミクス解析法の開発
  •  最新鋭の超高感度高性能質量分析計を用いて世界最先端のプロテオミクス解析法をユビキチン研究に導入します。具体的には、ユビキチン化基質の網羅的変動解析、架橋剤を用いたタンパク質複合体相互作用部位決定、ユビキチン鎖のトップダウン解析、ユビキチン鎖の超高感度絶対定量解析などの研究手法を開発します。そして、新たなユビキチンコード、デコーダー分子を探索するとともに、領域内の全研究を支援します。
  • 2. ユビキチンデコーダー分子のユビキチン鎖タイプ選択性の解析
  •  さまざまなユビキチン依存的経路を制御するAAA型シャペロンp97のユビキチン結合コファクターを中心に、ユビキチン鎖タイプ選択性と基質タンパク質について解明します。
  • 3. ケモテクノロジーを利用したユビキチンコードの解析
  • ユビキチン鎖の機能を喪失させるケミカルツールとユビキチン化基質の網羅的変動解析により、個々のユビキチン鎖の細胞機能を解明します。
  • 4. ケモテクノロジーによるユビキチンデコーダー分子の解析
  • 化学合成ユビキチン鎖を用いて、ユビキチン修飾の高次構造(鎖長や分岐)を識別する新規デコーダー分子を同定し、機能解析を進めます。一方、ユビキチン鎖との相互作用を破壊する阻害ペプチドや化合物を用いて、p97コファクターやプロテアソームのシャトル分子などのデコーダー分子の基質選択性や機能連携を解明します。

研究概要を示す模式図


関連する代表的な論文

  1. Tsuchiya, H., Burana, D., Ohtake, F., Arai, N., Kaiho, A., Komada, M., *Tanaka, K., and *Saeki, Y. Ub-ProT reveals global length and composition of protein ubiquitylation in cells. Nat Commun 9, 524 (2018)
  2. *Ohtake, F., Tsuchiya, H., Saeki, Y., and *Tanaka, K. K63 ubiquitylation triggers proteasomal degradation by seeding branched ubiquitin chains. Proc Natl Acad Sci USA 115, E1401-E1408 (2018).
  3. Tsuchiya, H., Ohtake, F., Arai, N., Kaiho, A., Yasuda, S., *Tanaka, K., and *Saeki, Y. In vivo ubiquitin linkage-type analysis reveals that the Cdc48-Rad23/Dsk2 axis contributes to K48-linked chain specificity of the proteasome. Mol Cell 66, 488-502 (2017)
  4. Sato, Y., Okatsu, K., Saeki, Y., Yamano, K., Matsuda, N., Kaiho, A., Yamagata, A., Goto-Ito, S., Ishikawa, M., Hashimoto, Y., Tanaka, K., and *Fukai, S. Structural basis for specific cleavage of Lys6-linked polyubiquitin chains by USP30. Nat Struct Mol Biol 24, 911-919 (2017)
  5. Matsuo, Y., Ikeuchi, K., Saeki, Y, Iwasaki, S., Schmidt, C., Udagawa, T., Sato, F., Tsuchiya, H., Becker, T., Tanaka, K., Ingolia, N.T., Beckmann, R., and *Inada, T. Ubiquitination of stalled ribosome triggers ribosome-associated quality control. Nat Commun 8, 159 (2017)
  6. *Ohtake, F., Saeki, Y, Ishido, S., Kanno, J., and *Tanaka, K. The K48-K63 branched ubiquitin chain regulates NF-kB signaling. Mol Cell 64, 251-266 (2016)
  7. *Yoshida, Y., Saeki. Y., Murakami, A., Kawawaki, J., Tsuchiya, H., Yoshihara, H., Shindo, M., and *Tanaka, K. A comprehensive method for detecting ubiquitinated substrates using TR-TUBE. Proc Natl Acad Sci USA 112, 4630-4635 (2015)
  8. *Ohtake, F., Saeki. Y., Sakamoto, K., Ohtake, K., Nishikawa, H., Tsuchiya, H., Ohta, T., Tanaka, K., and Kanno, J. Ubiquitin acetylation inhibits polyubiquitin chain elongation. EMBO Rep 16, 192-201 (2015)
  9. 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., Saeki. Y., *Tanaka, K. and *Matsuda, N. Ubiquitin is phosphorylated by PINK1 to activate parkin. Nature 510, 162-166 (2014)
  10. Pack, C.G., Yukii, H., Toh-e, A., Kudo, T., Tsuchiya, H., Kaiho, A., Sakata, E.m Murata, S., Sako, Y., Baumeister, W., Tanaka, K., and *Saeki. Y. Quantitave live-cell imaging reveals spatio-temporal dynamics and cytoplasmic assembly of the 26S proteasome. Nat Commun 5, 3396 (2014).