編集後記「ケモユビキチン」のニュースレター第3号が完成しました。
2021年4月から新たな公募班員を迎え、引き続きユビキチンと有機化学の融合による本領域の発展を期待したいと思います。
本号でも、多くの班員の方や関係の先生方に、研究紹介や研究成果を執筆していただきました。
ご協力をいただきました皆様、ありがとうございました。
お気付きの方もおられると思いますが、本号表紙の中央にある化合物構造式は、大阪市立大学の及川先生らによって見出されたLUBACの阻害剤「HOIPIN-8」です。
ケモユビキチンも折り返し地点を過ぎ、ユビキチン反応を制御できる様々な化合物が取得されつつあると思います。
研究成果欄のみならず、表紙にも反映させていきま
すので、「ぜひ表紙に！！」という新規化合物などがあればご連絡ください。
また、皆様の研究に関連したミニレビュー、
学会参加報告、本ニュースレターの誌面に活用できるお写真などのご寄稿は常時、お待ちしておりますので、ご提供よろしくお願いします。
さて、話は大きく変わりますが…
漫画家の冨樫義博は「HUNTERxHUNTER」
や「レベルE」「、幽遊白書」などを代表作とする漫画家で、いずれもテレビアニメ化されています。
特に「幽遊白書」
は累計

Ubiqu itin n ew fron tierdriven by

Chemo-technologies

Newsletter
2018-2022年度 文部科学省
科学研究費補助金 新学術領域研究

ケモテクノロジーが拓く
ユビキチンニューフロンティア

発行部数5000万部を突破するヒット作で、40代なら詳しい方も多いのではないでしょうか。
主人公の浦飯幽助は霊界探偵として、
闇世界の武術会に参加します。
決勝戦の相手、
戸愚呂チームの先鋒
「鴉
（からす）
」
は火薬を操る爆弾使いですが、普段は鼻や口元を完全に隠してしまうマスクを着用しています。
彼の場合、マスクは暴走する破壊力のリミッターとして機能しており、彼の素顔を見たものはほとんどいません。
私の所属する都医学研にも毎年、新しい仲間が加わります。
このコロナ渦において、都医学研ではマスク着用を徹底しており、（冗談ではなく）新規参入メンバーの素顔を知りません。新聞やニュースでも毎日のように取り上げられている新型コロ
ナウイルスですので、編集後記でコロナについて記述するのは憚られるところですが、それでも2020年の私生活から研究活動まで、あらゆる場面において影響を及ぼしたので、書いてしまいました。
一刻も早くコロナが終息し、素顔で研究活動が再開できる日を願うばかりです。
（山野）

2018-2022年度 文部科学省科学研究費補助金 新学術領域研究

ケモテクノロジーが拓く
ユビキチンニューフロンティア
ニュースレター第３号

2021年6月発行

編集人

山野 晃史（東京都医学総合研究所）

発行人

佐伯

発行所

新学術領域「ケモユビキチン」領域事務局
東京大学大学院薬学系研究科 蛋白質代謝学教室〒113-0033 東京都文京区本郷7-3-1

TEL

03-5841-4800

E-MAILubiquitin@mol.f.u-tokyo.ac.jp

印刷所

株式会社トライス

領域ホームページ

http://www.ubiquitin.jp/

泰（東京都医学総合研究所）

3

June 2021

U b i q u i t in new f ront ier
dr i v e n by

代表挨拶

Chemo-technologies

Newsletter
2018-2022年度 文部科学省
科学研究費補助金 新学術領域研究

ケモテクノロジーが拓く
ユビキチンニューフロンティア

June 2021

3

みなさまお元気のことと思います。早いもので新学術領域研究ケモユビキチンも4年目に入り後半戦に突入しました。
まずご報告となりますが、昨年11月にございました中間評価にて本領域はA+という嬉しい評
価を頂きました。
これは110件以上もの領域内共同研究により世界的な競争に耐えうる研究組織の構築に成功したという点と、新たな疾患治療法開発のためのユビキチンの基礎研究に注力した点が高く評価されたためと考えられます。
これもひとえに班員の先生方に、本領域のキーコンセプトである「ケミカルバイオロジーを導入したユビキチン研究グループの創成」にご賛同頂けたからでございまして、改めてではございま
すが深く感謝申し上げます。
さて最近、
ユビキチンに関する論文数が急激に増加しております。実はユビキチン関連の論文数は2013
年から毎年5000報程度とほぼ横這いの状態が続いており、一流誌での掲載数は体感として変わらないな
がらも、
ユビキチン研究の将来性を少々危惧しておりました。
しかし、この心配は全くの杞憂でして、2019年

02 領域代表挨拶
佐伯 泰
03 Essay

研究者って、幸せだよね。
内藤 幹彦

07 班員紹介
31 研究班員一覧
研究成果

32 ユビキチン結合タンパク質OPTNはATG9Aベシクルを損傷ミトコンドリア上に集積させる
山野 晃史
33 免疫応答と細胞死を制御するLUBACの制御機構の解明とその応用
伏屋 康寛
35 TRIP12はK29/K48分岐鎖を形成してPROTACによる標的タンパク質分解を促進する
大竹 史明
37 ケミカルバイオロジーによる新たなミトコンドリア病創薬標的候補の発見
小林 大貴、吉田 稔
39 コドンの最適度を監視する分子機構を支えるリボソームユビキチン化
稲田 利文
研究室紹介

43 東北大学 大学院理学研究科化学専攻 有機化学第一研究室
高岡 洋輔
44 愛媛大学・プロテオサイエンスセンター 無細胞生命科学部門
高橋 宏隆
45 大阪市立大学 大学院医学研究科 分子病態学
及川 大輔

から再び増加に転じ、2020年は6349報と大きく増加しました（Pubmedサーチ）。
これはユビキチン研究が新たな拡大のフェーズに入ったことを明確に示しております。申し上げるまでもなく、この拡大はPROTACに代表される標的タンパク質分解誘導剤の爆発的な進展とケミカルツール開発が牽引している
ことは明らかで、さらに質量分析やCRISPRスクリーニングによる大規模解析やクライオ電子顕微鏡による複合体解析などの先端研究が組み合わさることで、5年前や10年前には想像もできなかったスペクタクル
なユビキチン研究を目にする機会が増えております。
本研究領域においても、実用化を見据えた新型PROTACやサリドマイド誘導体の副反応の分子機構解明などインパクトのある実践的な研究だけではなく、人工抗体や化学合成ユビキチン鎖など今後のユビキチン研究を開拓するようなケミカルツール開発も順調に進んでおります。
また、
本ニュースレターの研究成果の稿にもございますように、
PROTACを基礎研究のツールとして上手く用いることで、新たなユビキチンコードの生成や解読機構を解明する研究も進展しており、これは本領域の開始時に思い描いた異分野融合による次世代型
ユビキチン研究に一歩ずつ近づいていると考えております。
この4月から新しい公募研究が24件開始し、10名の先生が新たに本領域に加わりました。
コロナ禍はまだ続きそうではございますが、本領域はこの新しい研究体制で今後、ケミカルツール開発の拡大と基礎研究へのさらなる実装を目指します。
これは昨年惜しくも亡くなられましたHuib Ovaa博士が提唱したユビキチン・ケミ
カルツールのツールボックス化と同義となりますが、現在、転写制御などの他分野においても、即効性と選択性の高いケミカルツールを用いて複雑かつ動的な分子機構の因果関係を解き明かそうという動きがございます（Mol Cell 81, 1617-1680, 2021）。
ユビキチン化は広範な細胞機能を制御することから、本領域の研究活動の重要性は今後さらに増してくるものと思われます。
そこで、研究項目A01の先生方には是非多様なバイ
オロジー研究にケモテクノロジーを活用していただきケモユビキチン研究を世界に発信していただきたいと考
えておりますし、
また、
さらなるアイディアの創出を期待しております。
研究項目A02の先生方には、ユビキチンのケミカルツール開発はまだまだブルーオーシャンであること、
生命科学研究全般に貢献できることをご理解いただき、是非、他の班員を巻き込んで、これぞ新学術！というような研究を展開していただきたいと思います。
総括班評価者の先生方、
学術調査官の先生方、関係者の皆様、
本年度もどうぞよろしくお願い申し上げます。
東京都医学総合研究所

佐伯泰

46 活動報告
48 関連ミーティング・シンポジウム情報
49 編集後記02

E s s ay

研究者って、幸せだよね。
新 型コロナウィルス感 染 症 が日本でも流行りはじめたような感覚と達成感を味わって、病みつきになった。ポスドの研究室からは次から次へとトップジャーナルを含め有力振り返って見ると、この頃は論文をまとめることに大きな2020 年 3 月末、60 歳になった私は国立医 薬品食品衛生

クとして過ごした 2 年間は経済的には酷いものであったが、なジャーナルに論文が出ていたが、彼のバイタリティーと綿

プレッシャーを感じていて、研究を心からは楽しめなかった研究所の遺伝子医薬部長を役職定年で退いた。その後は雑事に煩わされず自分の研究の事だけを考えていれば良い

密な研究指導がそれを支えていたことは間違いなかった。

ように思う。インパクトファクターの高いジャーナルに論文

公 務 員 の 再 雇 用 制 度 を 利 用 して 短 時 間 勤 務 と な り、という意味で、研究者としてはとても幸せな時期であったとJohn は研究室のポスドクから尊敬されていたが、John

発表することに必要以上にこだわってしまい、研究の面白さ

Sabbatical Leave のような期間を半年ほど過ごした。大思う。

のようになりたいと言う人は一人もいなかった。John のよう学院を卒業してから 34 年、長いようだがそれほどたいした研究業績があるわけでもない。それでも振り返ると、紆余を見失いそうになっていた。

にハードに仕事をしていては、研究と人生を楽しむことができないと欧米出身のポスドク達がはっきり言っていたが、そ曲折はあったがほとんどの期間で楽しく研究を行ってきた応用微生物研究所（応微研）

事に気付く。私の研究生活はこれで終わりではないが、こ大塚のがん研で 2 年間を過ごした後、東京大学応用微生

れまでの私のささやかな経験が未来を担う若い人にとって物研究所教授になった鶴尾部長と共に1989 年に応微研に

自分がそれまで日本で所属してきた研究室では、大まか研究をはじめた。このあたりの事情はユビキチンネオバイオ

参考になればと思い、このエッセイを書くことにした。

移った。がん研の鶴尾研には何人もスタッフがいたが、応微な研究指導はするが細かいことは各自が考えるのが基本でロジーのニュースレター No.1に書いたので、興味がある方研に移ったのは私一人で、新しい研究室の立ち上げには随あった。常に頭を 働かせ強いリーダーシップ で研 究 室をはそちらをご覧頂きたい。SNIPER 研究で少しだけ自慢して分と苦労した。しかし毎年研究室に入ってくるフレッシュな

引っ張っていくJohn のスタイルは私にとって衝撃的であり、もいいかなと思うことは、MeBS と同じような活性を示す

学生さん達と一緒に、抗がん剤耐性、抗がん剤による細胞

Principal Investigator のロールモデルとなった。

IAP アンタゴニストがいくつもトップジャーナルに報告され大学院からポスドクの通りだと思う。ただ、John はいつも生き生きとしていた

国立医薬品食品衛生研究所（国衛研）

ので、彼にとってはこの生活が幸せだったのだろう。

2009 年、国衛研への異動をきっかけとして SNIPER の

私は東大薬学部を卒業後、そのまま大学院に進学して学

死アポトーシス等の研究に取り組み、主に Cancer Res、位を取得した。大学院時代は研究よりも私生活やスポーツ

Oncogene、JBC 等をターゲットジャーナルとして論文発大会のほうが大事で、決して将来有望な学生ではなかった。

表していた。がんに興味があったので抗がん剤の研究は自分子細胞生物学研究所（分生研）

大学院に進学した理由は、単純に研究者になって外国で研分にとって面白く、それなりに充実した研究生活であったと一年あまりの留学を終えて分生研（応微研から改称）に

Craig Crews 博士の PROTAC である。有機化学の論文を究したいと思ったからだが、深く考えていたわけでもなく無思う。ただ自分で手を動かして実験する事は大幅に減って戻った頃、大学での業績評価が始まった。その時の私の研読んでいなかった私は全く知らなかったのだが、最初の邪気なものであった。

たにもかかわらず、私以外は誰も SNIPER の開発に思い至らなかった事である。しかし何年も前にほとんど同じアイデ
アを論 文 発 表していた研 究 者がいたのには驚 かされた。

しまった。研究室の人数が増えてもスタッフは私一人の状況

究業績に対する評価コメントに「インパクトのある研究業

SNIPER の論文をまとめていた時にファーストオーサーの伊学位取得後、大塚にあったがん研究会がん研究所化学が 続いていたこともあり、なかなか留学することもできな

績が乏しい」とあったのを記憶している。インパクトファク

藤幸裕先生が PROTAC の論 文を見つけてきた。それまで

療法部でポスドクになったが、給料は悲惨なものであった。

かった。37 歳の時にようやく留学の機会を得て、細胞死のターの高いトップジャーナルに論文発表しないと研究業績にも度々感じたことだが、自分が考える程度のことは他の人

先輩の研究員達から、論文を出せば研究員になれるよと言研究で有名になりつつあった San Diego の Burnham 医としてほとんど評価されない事を思い知らされ、当時助教にも考えつくことであり、世界のどこかに競争相手は必ずいわれていたこともあり、研究に対するモチベーションは非常学研究所 John Reed 博士の研究室に留学した。

授だった私にとって大きなインパクトのあるコメントだった。

る。

に高かった。鶴尾隆部長の下で抗がん剤耐性の研究に取り組んだのだが、当時は抗がん剤に対する多剤耐性に P 糖タ

03

特任教授 内藤 幹彦（東京大学大学院薬学系研究科）

帰国後に細胞死阻害タンパク質（IAP、FLIP）の研究を本国衛研に異動してもインパクトファクターの呪縛からすぐ格的に始めたのだが、研究のスタイルを John のように細かに解放されたわけではなかったが、少なくとも研究すること

いところまでコミットする形に改め、トップジャーナルを目指に純粋な楽しさを再び感じられるようになった。国衛研からンパク質（MDR1、ABCB1）と名付けられたタンパク質がBurnham 医学研究所

関与するといわれ始めた頃である。研究を始めて 1 ヶ月くら留学してまずJohn のハードワーキングとタフネスに驚かすことにした。といっても簡単には成果は出ない。数年か

SNIPER の論文をいくつか生物系のジャーナルに発表した

いで、細胞膜小胞を利用して P 糖タンパク質による薬物輸された。John は毎日午前 3 時頃に研究室に来て午後 6 時

かってようやく姉妹紙の Nature Cell Biology に E2、E3 活

頃、米国化学会（ACS）から突然シンポジウム講演の招待

送を測定する新しいアッセイ系を構築した。この系を利用し頃に帰る。それだけでも驚きだが、彼は朝食前にジムでト性を持つApollon の論文を掲載できたが、かなり消耗した。

メールが届いた。私自身はこれまで米国はおろか日本の化て、構造も作用機序も異なるいろいろな薬物が P 糖タンパ

レーニングする以外はほとんど休憩せずに頭を働かせ続け

また Cancer Cell 誌に投稿した MeBS の論文は1年半かけ学会にも全く縁がなく、SNIPER の論文もたいしたところにク質によって輸送される事を明らかにし、8 月にはもう論文る。トイレで用を足している時も論文を読んでいるという話て Reviseしたが、半年以上ブロックされたあげくに Rejectは発表していない。それにもかかわらず私のところに招待がを書いていた。これでそのうち研究員になれると思うと嬉しも聞 い た。当 時 研 究 室 には ポ スドクが 約 30 人い た が、さ れ、そ の 間 に 競 合 す る 論 文 が Cell、Molecular Cell、

来たことに大変驚くと共に、研究の評価は論文のインパクト

かったが、それよりも研究の本当の楽しさに目覚めたことのJohn は全員の研究をほぼ完全に把握していた。その上、半Cancer Cell 誌に相次いで掲載されるという憂き目に遭った。

ファクターだけではないことを再認識する出来事となった。

方が大きかった。自分であれこれ考えて、そのアイデアを実数くらいの（従順な）ポスドクには毎朝メールで実験の指示

編集部で議論になったそうだが、ネゴシエーションする力も験的に検証する。単純なことの繰り返しだが、ワクワクするを出して、細かいところまで研究指導していた。当時 John

なくすごすごと引き下がり、結局 JBC に論文発表した。

2014 年 に San Franciscoで 行 わ れた ACS

Meeting

で、タンパク質分解技術をテーマにした世界初のシンポジウ

04

E s s ay

三四郎池を臨む。池の周りの散策路がきれいに整備され、歩きやすくなった。池には大きな錦鯉がたくさん泳いでいる。

東京大学大学院薬学系研究科

画期的な特許をとればスポーツ選手のように莫大な報酬を得ることも夢ではない。スポーツ選手と比べると研究者としもう一つ幸運なことに、2020 年 10 月から東京大学大学て頭角を現すまでに時間がかかるが、現役のプレーヤーと院薬学系研究科に新たに設置されたタンパク質分解創薬社

して活動できる期間はスポーツ選手よりも遙かに長い。大会連携講座を担当させて頂くことになった。社会連携講座

切なことは、長い研究生活の中で研究を楽しむ心を持ち続設置にご尽力下さった村田茂穂教授を始めとする関係者のけることだと思う。

皆様と、この研究室を足場に SNIPER 技術を基にした創薬

もちろん研究は楽しいことばかりではない。私自身もたく研究を共同で行うエーザイ株式会社に深謝する。研究室のさん経験してきたが、実験に失敗したり、予想とは違う結果

セットアップはいつも大変だが、考える時間があったおかげにがっかりしたりすることは日常茶飯である。でもそのおかで新しい研究のアイデアもたまってきた。新しい研究室でこげで、物事をいろいろな角度から見る習慣が自然に身につれからも研究を楽しみたいと思う。

いたし、予想外の結果から新しいことが見えてくることは研究の醍醐味でもある。子供たちからは「でた、お父さんの終わりに東大正門から銀杏並木を通して安田講堂入り口を臨む。新緑と黄葉の並木が美しい。

Super Positive Thinking」と茶化されることもあったが、こういう多面的なものの見方考え方をできるようになったこ

私の個人的な意見だが、研究者というのはプロのスポーとは、私が研究者になって良かったと思うことの一つである。

ツ選手と同じくらい幸せな人間だと思っている。自分の好き

これから研究者としてキャリアを重ねていく若い人たちが、な研究（スポーツ）をして、結果を出せば賞賛され、トップそれぞれに研究の楽しさと醍醐味を味わいながら素晴らしレベルになれば世界的な名声を得られる。また研究者でもい研究生活を送ることを願っている。
12 年ぶりに戻った東大本郷キャンパ
スは、整備が進んで昔よりも格段にきムが行われた。Craig Crews 博士と共にこのシンポジウムに、新型コロナウィルス感染症のパンデミックと国立医薬品

れいになっていた。現在は COVID-19

で講演した事は私の密かな誇りである。その後欧米中国で

食品衛生研究所の定年退職で、一息ついて考える時間を持の拡大で用のない人の立ち入りは制限

このテーマを取り上げたシンポジウムが次々に開催されるよつことができた。もしパンデミックが 1年前に始まっていた

されているが、機会があれば三四郎池う に な り、“You are one of the first inventor of thisら、私も国衛研のメンバーもコロナ対策に否応なく巻き込まの周り等を散策するのをお勧めします。

technology.” と持ち上げられ、海外で講演する機会を何度れていたはずであり、SNIPER の研究も少なからず影響をも頂いた。

受けていただろう。パンデミックが退職の時期と重なったこ

日本ではケモユビキチンがスタートした 2018 年頃から講とは私にとって幸運な事であったと思う。

演を依頼される事が急激に増え、2019 年 12 月までの 2 年足らずの間に 40 回以上の講演を行った。冒頭に書いたよう

05

赤く染まった御殿下の紅葉

06

A01

1

研究代表者

公募研究

畠山 鎮次

A01

2

北海道大学大学院医学研究院医化学教室 教授
https://hokudai-ikagaku.jp

研究代表者

公募研究

松尾

芳隆

東京大学医科学研究所RNA制御学分野 准教授
http://www.inada-lab.ims.u-tokyo.ac.jp

TRIM 型ユビキチンリガーゼの物性と動作原理の解析

ケモテクノロジーを活用した
リボソームユビキチンコードの解読と制御

TRIMファミリーはRING型E3ユビキチンリガーゼの一つのファミリー（ヒトでは約７０種）であり、様々な機能（がん、免疫、発生、
オートファジーなどの制御）に関与することが報告されています。本
研究の目的は、TRIMタンパク質の「タンパク質」としての物理化学的な性質（物性）を解析することで機能との関連性を検討し、将来的には創薬研究への知見を集積することであります。

タンパク質の合成を司るリボソームの機能は、mRNAに示された遺伝情報をタンパク質へ変換するという機械的なものとして認識されていましたが、近年、リボソーム自身のユビキチン化修飾によって制御される様々な現象が明らかになってきています。

結 合し、mRNAの不 安 定 化を誘 導します。また、この機 構には、
Ccr4-Not複合体の構成因子である “Not4” (E3)によるリボソーム
タンパク質eS7へのユビキチン化が必須であることも明らかになりました(図:右)。

わたしたちは、異常な翻訳停滞を認識し、リボソームタンパク質
uS10をユビキチン化するセンサータンパク質 “Hel2” (E3)や、新生ペプチド鎖 を分 解 する品 質 管 理 機 構(Ribosome-associatedQuality Control: RQC)の誘導起点となるサブユニット解離に必須な “RQT複合体” (デコーダー )を発見しました。さらに、翻訳停滞
からuS10のユビキチン化を介したサブユニット解離までの一連の反応を試験管内で再現することで、RQCが誘導される分子機構の詳細を明らかにしました(図:左)。

このように、細胞内では、翻訳途中のリボソームの動体を監視し、その運命を決定する機構が複数存在しますが、いずれについてもリ
ボソーム自身のユビキチン化が起点になっています。一方で、ユビキ
チン鎖の認識・作動機構の理解は不十分なままです。

TRIMタンパク質の機能を解明するためにはまず、その基質タンパ
ク質を同定することと、TRIMタンパク質の構造を決定することが必要です。それらの情報および疾患との関係をもとに、対象とする
TRIMタンパク質を決定し、機能変化をもたらす化合物スクリーニン
グを遂行することは、臨床上、重要となります。そのために、特異性の高いTRIMタンパク質の基質タンパク質及びユビキチンデコーダーの同定法（TUBE-E3法）の樹立を進めます。また同時に、TRIMタ
ンパク質の構造生物学的解析を進めることが必要となります。本計
画で対象とするE3リガーゼ候補としては、「シグナル伝達」「選択的
オートファジー」「DNA修復」「ERAD」等に関与すると考えられているTRIMタンパク質を中心に解析を進めます。

(1) E3リガーゼ基質同定：基質タンパク質を効果的に同定するプロ
テオミクス解析（TUBE-E3法）を実用レベルまで完成させ、上記の対象E3リガーゼ（TRIMタンパク質）に関して、基質同定を進めます。
(2)基質特異的ユビキチンデコーダーの同定：TUBE-E3法を応用することで、基質特異的ユビキチンデコーダーの同定を進めます。
(3) TRIMタンパク質の構造決定：まだ構造決定が報告されていな
い上記のTRIMタンパク質の構造決定を進めます。リコンビナントタ
ンパク質を作製し、X線結晶構造解析、NMR、クライオ電子顕微鏡法（cryo-EM）などを使用します。
(4) TRIMタンパク質の構造上の安定性解析：構造生物学的解析にも利用されるリコンビナントタンパク質を使い、サーマルシフトアッセ
イを遂行することで、タンパク質としての安定性のデータを得ます。
(5) TRIMタンパク質の機能変化を起こす化合物スクリーニング：ルシフェラーゼアッセイ等で機能調節化合物が同定できた場合は、ユビキチン関連創薬研究に利用します。

また、わたしたちは、コドンの最適化によって調整される “翻訳の伸長速度” を監視することで、mRNAの安定性を決定する因子として、“Ccr4-Not複合体” を見出しました。Ccr4-Not複合体は、構成因子であるNot5を介して非最適コドンを翻訳するリボソームに本研究では、上述した２つの機構：【１】異常な翻訳停滞を解消
する品質管理機構と【２】翻訳の伸長速度に依存したmRNAの安定性決定機構において重要な役割を果たすリボソームのユビキチン化に注目し、部位特異的、かつユビキチン鎖特異的な作動機構の解明を進めます。また、並行して、各ユビキチン鎖の認識を特異的に調節するケミカルツールを開発し、リボソームユビキチンコードの制御を目指します。

プロテオミクスや構造生物学、ケミカルバイオロジーの観点から、以下の方法により、上記の対象E3の解析を進めることで「化学ツール開発」及び「創薬」に役立つ基盤的知見を集積します。

TRIM型ユビキチンリガーゼの物性と動作原理の解析

関連する代表的な論文
1.

Watanabe, M., Saeki, Y., Takahashi, H., Ohtake, F.,
Yoshida, Y., Kasuga, Y., Kondo, T., Yaguchi, H., Suzuki,
M., Ishida, H., Tanaka, K. and *Hatakeyama, S.:
TUBE-based approach coupled with ligase trapping for
identification of E3 ubiquitin ligase substrates, Commun.
Biol., 3, 592 (2020). doi: 10.1038/s42003-020-01328-y

関連する代表的な論文
2.

3.

07

*Yanagi, T., Watanabe, M., Hata, M., Kitamura, S.,
Imafuku, K., Yanagi, H., Homma, MD, A., Wang, L.,
Takahashi, H., Shimizu, H. and *Hatakeyama, S.
(2018) Loss of TRIM29 alters keratin distribution topromote cell invasion in squamous cell carcinoma.
Cancer Res. 78, 6795-6806. doi:
10.1158/0008-5472.CAN-18-1495
Sang, Y., Li, Y., Song, L., Alvarez, A.A., Zhang, W.,
Lv, D., Tang, J., Liu, F., Chang, Z., Hatakeyama, S.,
Hu, B., Cheng, S. and *Feng, H. (2018) TRIM59
promotes gliomagenesis by inhibiting TC45
dephosphorylation of STAT3. Cancer Res. 78,
1792-1804. doi: 10.1158/0008-5472.CAN-17-2774

4.

*Hatakeyama, S. (2017) TRIM Family Proteins: Rolesin Autophagy, Immunity and Carcinogenesis. Trends
Biochem. Sci. 42, 297-311. doi:
10.1016/j.tibs.2017.01.002.

1.

*Matsuo Y and *Inada T. (2021) The ribosome
collision sensor Hel2 functions as preventive quality
control in the secretory pathway. Cell Rep. 34,
108877. doi: 10.1016/j.celrep.2021.108877.

5.

Masuda, Y., Takahashi, H., Sato, S., Tomomori-Sato,C., Saraf, A., Washburn, W.P., Florens, L., Conaway,
R.C., Conaway, J.W. and *Hatakeyama, S. (2015)
TRIM29 regulates the assembly of DNA repair
proteins into damaged chromatin, Nature Commun.
6, 7299. doi: 10.1038/ncomms8299

2.

#Buschauer R, #Matsuo Y, Sugiyama T, Chen YH,
Alhusaini N, Sweet T, Ikeuchi K, Cheng J, Matsuki Y,
Nobuta R, Gilmozzi A, Berninghausen O, Tesina P,
Becker T, *Coller J, *Inada T, *Beckmann R. (2020)
The Ccr4-Not complex monitors the translating
ribosome for codon optimality. Science. 368,
eaay6912. doi: 10.1126/science.aay6912.

3.

#Matsuo Y, #Tesina P, Nakajima S, Mizuno M, Endo
A, Buschauer R, Cheng J, Shounai O, Ikeuchi K,
Saeki Y, Becker T, *Beckmann R, *Inada T. (2020)
RQT complex dissociates ribosomes collided on
endogenous RQC substrate SDD1. Nat. Struct. Mol.
Biol. 27, 323-332. doi: 10.1038/s41594-020-0393-9

4.

#Matsuo Y, #Ikeuchi K, Saeki Y, Iwasaki S, Schmidt
C, Udagawa T, Sato F, Tsuchiya H, Becker T, Tanaka
K, Ingolia NT, Beckmann R, *Inada T. (2017)
Ubiquitination of stalled ribosome triggers
ribosome-associated quality control. Nat. Commun.
8, 159. doi: 10.1038/s41467-017-00188-1

5.

Matsuo Y, Granneman S, Thoms M, Manikas RG,
Tollervey D, *Hurt E. (2014) Coupled GTPase andremodelling ATPase activities form a checkpoint forribosome export. Nature. 505, 112-116. doi:
10.1038/nature12731

08

A01

3

研究代表者

公募研究

松沢

厚

A01

4

東北大学 大学院薬学研究科 衛生化学分野 教授
http://www.pharm.tohoku.ac.jp/~eisei/eisei.HP/

研究代表者

公募研究

ユビキチンケモテクノロジーを活用した細胞
生死バランス制御による疾患治療戦略の開発

5-aza-dCTP による新たなDNA 維持メチル化制御機構の解明

細胞の生死などの生理応答は、細胞内外から入力される様々な増殖・分化・細胞死などのシグナルのバランスによって決定されています。最近我々は、細胞生死に関わるシグナル分子に対して複数のユビキチン化関連酵素がクラスタリングして複合体を形成し、相互に活性制御を行うこと、またストレス刺激依存的にユビキチンとユ
ビキチンデコーダ分子で構成される特殊な複合体が形成されることを見出しました。これらの現象は、細胞の生死を決定するシグナル
バランスの微調整に重要であり、ストレスの種類や強度に応じた適切な細胞応答が誘導されるための普遍的な仕組みであることが分
かってきました。そのバランスが崩れると異常なシグナルが誘導されて過剰な細胞死や増殖が起こり、癌や自己免疫疾患に繋がります。
また我々は、複合体内の構成因子の相互作用には、ユビキチン化やSUMO化、リン酸化等の修飾が必須であることも明らかにしており、従って、このような修飾や相互作用を制御できれば、過剰な細胞死や増殖を抑制し、細胞生死シグナルのバランス破綻による癌や自己免疫疾患等の疾患治療が可能となります。

DNAメチル化は、様々な生命現象に重要な役割を果たすエピ
ジェネティクス修飾であり、その脱制御は様々な疾患の原因となります。ゲノム上のDNAメチル化パターンは、DNA複製時に維持型
DNAメチル化酵素DNMT1によって、娘DNAに継承されます。近年、DNMT1のDNAメチル化部位への局在と活性化において、E3
ユビキチンリガーゼUHRF1によって触媒されるマルチプルモノユビ
キチン化が重要な役割を果たしていることが明らかとなってきました。
5-aza-dCTPはDNA複製時にゲノムDNAに取り込まれると、DNAメチル酵素と不可逆的な架橋結合を形成することでDNA脱メチル化を誘導する核酸アナログであり、抗がん剤としても認可されている低分子化合物です。しかし、5-aza-dCTPとDNMTによって形成されるDNA ータンパク質架橋が細胞内で、どのようなプロセスにより処理されていて、UHRF1によるユビキチンシグナルにどのような影響を与えるのかは明らかになっていません。本研究はDNA複製

例えば、細胞生死を調節する、あるキナーゼには、その活性制御を行う、異なるユビキチン化関連酵素が存在して複合体を形成し、一方のユビキチン化関連酵素は直接、キナーゼのユビキチン化分解に関わり、もう一方のユビキチン化関連酵素は一方のユビキチン化
関連酵素のユビキチン化分解に寄与するという、シグナルの複雑な微調整の仕組みが存在します。またストレス刺激に応じて、ユビキチ
ンとユビキチンデコーダ分子を構成因子とする複合体の形成が、特殊な細胞死誘導の制御に重要です（【図】参照）。これらの分子間の相互作用には、ユビキチン化等の修飾が必要であることも分かってきました。このような複合体形成メカニズムや細胞生死シグナルのバランス制御の仕組みを解明し、シグナル分子間相互作用やデコーダ分子による修飾認識が、細胞生死のシグナルバランスの決定に重要なポイント（作用点）であり、それらのポイントがケモテクノ
ロジーによって人為的に調節制御可能であると考えています。
本研究では、我々が独自に見出した低分子プローブを基に、ケモ
テクノロジーを活用して、ユビキチン化関連酵素間の相互作用や、
ユビキチン化関連修飾とユビキチン化関連酵素を含むシグナル分子との相互作用を正・負に適切に調節することで、細胞生死といった生理応答のシグナルバランス制御を介して過剰な細胞死・増殖等の現象を抑制し、癌や免疫疾患に対する、従来の方法とは異なる新たな疾患治療戦略の提言を目指したいと考えています。

西山 敦哉

東京大学医科学研究所癌防御シグナル分野 准教授
https://www.ims.u-tokyo.ac.jp/cancer-cell-biology/hp2018/01index.htmlに伴うDNAメチル化維持の過程を試験管内で再現可能なツメガエ
ル卵抽出液を実験系に用いて、この問題に取り組みます。まず、私達は、試験管内系において、5-aza-dCTPがDNMT1やUHRF1の過剰なクロマチンへの集積を引き起こすとともに、UHRF1の下流で働くユビキチンシグナル経路を強く活性化すること、さらにDNMT1の高度なSUMO化を誘導することを見出しました。そこで、このような条件下で特異的にクロマチンに集積するタンパク質を同定するために、5-aza-dCTP処理に伴い、SUMO依存的に、あるいは非依存的にクロマチンに集積するタンパク質についてChromatin Mass
spectrometry (CHROMASS)法を用いて解析し、約20種のタン
パク質の同定に成功しました。これらのタンパク質はUHRF1の下流で働く未知のDNAメチル化制御因子、あるいはDNMT1-DNA架橋の制御因子として働く可能性があり、今後その作用機序と分子機能を明らかにしていく予定です。

関連する代表的な論文
1.

関連する代表的な論文
1.

2.

09

Noguchi, T., Sekiguchi, Y., Kudoh, Y., Naganuma, R.,
Kagi, T., Nishidate, A., Maeda, K., Ishi, C., Toyama, T.,
Hirata, Y., Hwang, G. W., *Matsuzawa, A. (2021)
Gefitinib initiates sterile inflammation by promoting IL-1β
and HMGB1 release via two distinct mechanisms. Cell
Death Dis., 12, 49. doi: 10.1038/s41419-020-03335-7
Hirata, Y., Inoue, A., Suzuki, S., Takahashi, M., Matsui,R., Kono, N., Noguchi, T., *Matsuzawa, A. (2020)
trans-Fatty acids facilitate DNA damage-induced
apoptosis through the mitochondrial JNK-Sab-ROS
positive feedback loop. Sci. Rep., 10, 2743. doi:
10.1038/s41598-020-59636-6

3.

Noguchi, T., Suzuki, M., Mutoh, N., Hirata, Y., Tsuchida,M., Miyagawa, S., Hwang, G. W., Aoki, J., and*Matsuzawa, A. (2018) Nuclear-accumulated
SQSTM1/p62-based ALIS act as microdomains sensing
cellular stresses and triggering oxidative stress-inducedparthanatos. Cell Death Dis., 9, 1193. doi:
10.1038/s41419-018-1245-y4.

5.

Hirata, Y., Katagiri, K., Nagaoka, K., Morishita, T., Kudoh,Y., Hatta, T., Naguro, I., Kano, K., Udagawa, T.,
Natsume, T., Aoki, J., Inada, T., Noguchi, T., Ichijo, H.,
and *Matsuzawa, A. (2017) TRIM48 promotes ASK1
activation and cell death throughubiquitination-dependent degradation of the ASK1
negative regulator PRMT1. Cell Rep., 21, 2447-2457.
doi: 10.1016/j.celrep.2017.11.007
Matsuzawa, A., Tseng, P. H., Vallabhapurapu, S., Luo, J.
L., Zhang, W., Wang, H., Vignali, D. A., Gallagher, E.,
and *Karin, M. (2008) Essential cytoplasmictranslocation of a cytokine receptor-assembled signaling
complex. Science (Research Article), 321, 663-668. doi:
10.1126/science.1157340*Nishiyama A, Mulholland CB, Bultmann S, Kori S,
Endo A, Saeki Y, Qin W, Trummer C, Chiba Y,
Yokoyama H, Kumamoto S, Kawakami T, Hojo H,
Nagae G, Aburatani H, Tanaka K, *Arita K,*Leonhardt H, *Nakanishi M. (2020) Two distinct
modes of DNMT1 recruitment ensure stable
maintenance DNA methylation. Nat Commun. 11(1):1222. doi: 10.1038/s41467-020-15006-4.

2.

3.

Ishiyama S, Nishiyama A, Saeki Y, Moritsugu K,
Morimoto D, Yamaguchi L, Arai N, Matsumura R,
Kawakami T, Mishima Y, Hojo H, Shimamura S,
Ishikawa F, Tajima S, Tanaka K, Ariyoshi M,
Shirakawa M, Ikeguchi M, Kidera A, *Suetake I, *Arita
K, *Nakanishi M. (2017) Structure of the Dnmt1
Reader Module Complexed with a Unique
Two-Mono-Ubiquitin Mark on Histone H3 Reveals theBasis for DNA Methylation Maintenance. Mol Cell 68(2):350-360.e7. doi: 10.1016/j.molcel.2017.09.037.
Yamaguchi L, *Nishiyama A, Misaki T, Johmura Y,
Ueda J, Arita K, Nagao K, Obuse C, *Nakanishi M.
(2017) Usp7-dependent histone H3 deubiquitylation
regulates maintenance of DNA methylation. Sci Rep.
7(1):55. doi: 10.1038/s41598-017-00136-5.

4.

Nishiyama A, Yamaguchi L, Nakanishi M. (2016)
Regulation of maintenance DNA methylation via
histone ubiquitylation. J Biochem. 159(1):9-15. doi:
10.1093/jb/mvv113.

5.

*Nishiyama A, Yamaguchi L, Sharif J, Johmura Y,
Kawamura T, Nakanishi K, Shimamura S, Arita K,
Kodama T, Ishikawa F, Koseki H,*Nakanishi M. (2013)
Uhrf1-dependent H3K23 ubiquitylation couples
maintenance DNA methylation and replication.
Nature 502(7470):249-53. doi: 10.1038/nature12488.

10

A01

5

研究代表者

公募研究

福嶋

俊明

6

研究代表者

公募研究

酵素反応と化学反応を駆使した分岐鎖認識の構造生物学

脱ユビキチン化酵素は様々な細胞機能に関与し、種々の疾患とも関係することから注目を集めています。私たちは、長年、USPファミリーの脱ユビキチン化酵素の機能解析を進めてきました。その過程
で、USP8が、エンドサイトーシスにより細胞内にとり込まれた増殖因子受容体をエンドソームで脱ユビキチン化し、これらの細胞膜へのリサイクリングを促すことを明らかにしてきました。これは、増殖シ
グナルの強度を調節し、細胞増殖をコントロールするための重要なしくみと考えられ、このしくみを制御する分子機構の解明は重要です。一方、私たちは、USP8がクッシング病の原因遺伝子であることを発見しました。クッシング病は下垂体から副腎皮質刺激ホルモン（ACTH）が過剰に分泌されて起こる難病で、特異的な治療薬は存在しません。世 界 初のクッシング 病 治 療 薬を開 発するために、
USP8の変異を出発点とする発症機構の解明は喫緊の課題であると言えます。

ユビキチン化は翻訳後修飾の一つですが、他の多くの翻訳後修飾
因子との大きな違いとしてユビキチン分子が数珠状に次々と連結することでユビキチン鎖が形成されるという点が挙げられます。このユビキチン間の結 合は８種 類の残 基（K6, K11, K27, K29, K33,
K48, K68, M1）が使われます。ユビキチン鎖は連結に用いられた残基によって異なる構造を持ち、異なるデコーダー分子に認識されるため、ユビキチンという同一の分子を使用しているにも関わらずユ
ビキチン修飾は生体内において多様な生命現象を制御する事が可能となります。これまでの構造研究により、デコーダー分子によるユビキチン鎖の特異的認識機構は数多く報告されてきました。一方、途中でユビキチン鎖が枝分かれする『分岐鎖』については、細胞内での機能が徐々に報告されはじめ、その重要性が指摘されているにも関わらず、デコーダー分子やイレーサー分子による分岐鎖特異的認識機構は未だ解明されておりません。

イン）に相互作用して活性を抑制することがわかりました。他の成果も併せ、私たちは、『細胞内では自己阻害が適時適所で解除されることによりUSP8が正しく機能して受容体リサイクリングが制御されている。一方、クッシング病ではこのしくみが破綻してUSP8が過剰に活性化し、疾患発症をもたらしている。自己阻害機構に基づいてUSP8阻害剤を開発できる可能性があり、成功すれば世界初のクッシング病治療薬のシーズになる』と着想しました。
本研究では、まず、USP8の自己阻害の分子基盤を詳細に解明し、それに基づいてUSP8阻害剤などの新しい解析ツールを開発します。
さらに、これを最大限に活用して、野生型USP8のエンドサイトーシスにおける作用機構と変異型USP8のクッシング病発症における作用機構を明らかにすることを目的としています。本研究によって、
USPファミリータンパク質の阻害剤開発の新しいストラテジーを提案するとともに、新しい解析ツールを活用してこれまで遺伝学的解析一辺倒だった脱ユビキチン化酵素研究に新展開をもたらしたいです。さらに、開発したUSP8阻害剤がクッシング病治療に応用できる可能性を示したいと考えています。

関連する代表的な論文
1.

Naito, S., *Fukushima, T., Endo, A., Denda, K.,*Komada, M. (2020) Nik-related kinase is targeted forproteasomal degradation by thechaperone-dependent ubiquitin ligase CHIP. FEBS
Lett. 594, 1778-1786. doi: 10.1002/1873-3468.13769.

2.

Kawaguchi, K., Endo, A., *Fukushima, T., Madoka, Y.,
Tanaka, T., *Komada, M. (2018) Ubiquitin-specificprotease 8 deubiquitinates Sec31A and decreases
large COPII carriers and collagen IV secretion.
Biochem. Biophys. Res. Commun. 499, 635-641.
doi: 10.1016/j.bbrc.2018.03.202.

佐藤裕介

鳥取大学大学院工学研究科 構造生物学研究室 講師
http://www.bio.tottori-u.ac.jp/~struct_biol/

USP8 の自己阻害機構の理解に基づく阻害剤開発とクッシング病治療への応用

前回の公募研究の成果から、USP8には特殊な自己阻害機構が備 わ って いて、分 子 中 央 部 に 存 在 す る 短 い ア ミノ 酸 配 列（Auto-Inhibitory sequence: AI配列）が酵素ドメイン（USPドメ

11

A01

東京工業大学 駒田研究室 助教
http://www.rcb.iir.titech.ac.jp/lab/komada.html

本研究では、デコーダー分子やイレーサー分子による分岐鎖特
異的認識機構をX線結晶構造解析により解明するため、酵素反応と化学的手法を組み合わせて分岐鎖を大量に合成する方法を確立します。これまで、特定のユビキチン鎖だけを選択的に伸長する酵
素は多数発見されているため、これら酵素の組み合わせで分岐鎖を合成することは可能です。しかし、野生型のユビキチンを用いると分岐の位置やユビキチン鎖の長さを制御することは困難です。そこで、望まないユビキチン鎖の伸長を防ぐため、いくつかのリジン残基に変異を導入したユビキチンを使用することで、分岐鎖の制御を行う事ができると考えています。一方、分岐に使用される残基の組み合わせによっては、先に付加されたユビキチンが次のユビキチンの付加を阻害するために、酵素による伸長反応が起こりづらい事が知られています。そのような場合は、ジスルフィド結合を利用した化学的手法
によりユビキチンを連結し、擬似的なユビキチン鎖の合成を行う予定です。この方法で合成される分岐鎖は変異を含んだものですが、多くのデコーダー分子やイレーザー分子はリジン残基を認識しない事が知られているため、構造研究を行う上では問題ないと考えています。分岐鎖の大量調製が可能になれば、すでに分岐鎖に対する特異性が報告されているデコーダー分子やイレーサー分子との複合体として構造解析を行う他、分岐鎖のデコーダー分子探索のベイトとしての利用など、様々な利用が可能になることが期待できます。

関連する代表的な論文
3.

Xie, X., Matsumoto, S., Endo, A., *Fukushima, T.,
Kawahara, H., Saeki, Y., *Komada, M. (2018)
Deubiquitylases USP5 and USP13 are recruited toand regulate heat-induced stress granules throughtheir deubiquitylating activities. J. Cell. Sci. 131,
jcs210856. doi: 10.1242/jcs.210856.

4.

Furuta, H., Yoshihara, H., Fukushima, T., Yoneyama,Y., Ito, A., Worrall, C., Girnita, A., Girnita, L., Yoshida,M., Asano, T., Komada, M., Kataoka, N., Chida, K.,
Hakuno, F., *Takahashi, SI. (2018) IRS-2
deubiquitination by USP9X maintains
anchorage-independent cell growth via Erk1/2
activation in prostate carcinoma cell line. Oncotarget.
9, 33871-33883. doi: 10.18632/oncotarget.26049.

5.

Fukushima, T., Yoshihara, H., Furuta, H., Hakuno, F.,
Luan, J., Duan, C., Saeki, Y., Tanaka, K., Iemura, SI.,
Natsume, T., Chida, K., Nakatsu, Y., Kamata, H.,
Asano, T., *Takahashi, SI. (2015) Nedd4-induced
mono-ubiquitination of IRS-2 enhances IGF signaling
and mitogenic activity. Nature Communications. 6,
6780. doi: 10.1038/ncomms7780.

1.

Sato Y, Hikaru T, Yamagata A, Okatsu K, Tanaka K,*Saeki Y, *Fukai S, (2019) Structural insights into
ubiquitin recognition and Ufd1 interaction of Npl4.
Nat. Commun. 10, 5708, doi:
10.1038/s41467-019-13697-y.

2.

Sato Y, Okatsu K, Saeki Y, Yamano K, Matsuda N,
Kaiho A, Yamagata A, Goto-Ito S, Ishikawa M,
Hashimoto Y, Tanaka K, *Fukai S, (2017) Structural
basis for specific cleavage of Lys6-linked
polyubiquitin chains by USP30. Nat. Struct. Mol.
Biol. 24, 911-919, doi: 10.1038/nsmb.3469.

3.

Sato Y, Goto E, Shibata Y, Kubota Y, Yamagata A,
Goto-Ito S, Kubota K, Inoue J, Takekawa M,
Tokunaga F, *Fukai S, (2015) Structures of CYLD USP
with Met1- or Lys63-linked diubiquitin reveal
mechanisms for dual specificity. Nat. Struct. Mol.
Biol. 22, 222-229, doi: 10.1038/nsmb.2970.

4.

Sato Y, Fujita H, Yoshikawa A, Yamashita M,
Yamagata A, Kaiser SE, *Iwai K, *Fukai S, (2011)
Specific Recognition of Linear Ubiquitin Chains by
the HOIL-1L NZF domain. Proc. Natl. Acad. Sci.
U.S.A. 108, 20520-20525, doi:
10.1073/pnas.1109088108.

5.

Sato Y, Yoshikawa A, Yamagata A, Mimura H,
Yamashita M, Ookata K, Nureki O, Iwai K, Komada M,*Fukai S, (2008) Structural basis for specific cleavageof Lys 63-linked polyubiquitin chains. Nature. 455,
358-362, doi: 10.1038/nature07254.

12

A01

7

研究代表者

公募研究

山中 聡士

8

研究代表者

公募研究

池田 史代

九州大学 生体防御医学研究所 炎症制御学分野 教授
https://ikedalab.bioreg.kyushu-u.ac.jp/

近接ビオチン化酵素を用いた PRTOAC
依存的なインタラクトーム解析技術の開発

ナノボディーによる標的ユビキチンリガーゼ
複合体の細胞内動態の理解と応用

サリドマイド や サリドマイド 誘 導 体 (Immunomodulatory
Drugs/IMiDs)をはじめとする標的タンパク質の分解を誘導する低分子化合物は、タンパク質分解誘導剤と呼ばれています。タンパク
質分解誘導剤は、標的タンパク質を徹底的に分解誘導するというその強力な作用から、標的タンパク質の機能解析および種々の疾患に対する治療薬として注目されています。さらに、現在では、IMiDsのようなE3ユビキチンリガーゼへ結合する化合物(E3 binder)と標的タンパク質 へ結 合する化 合 物(Target binder)を繋ぎ合わせた
PROTAC (Proteolysis targeting chimera) や SNIPER(Speciﬁc and Nongenetic IAP-dependent Protein Eraser) な
どのキメラ化合物へと応用されています。PROTACやSNIPERに用いるE3 binderやTarget binder依存的にE3ユビキチンリガーゼと
相 互 作 用 するタンパク質 を網 羅 的 に 解 析・同 定 することは、
PROTACやSNIPERの作用機序を理解する上で非常に重要です。

生化学的にも構造学的にもユニークな直鎖型ユビキチン鎖は、炎症、選択的オートファジーや免疫制御に重要な役割を果たします。
この直鎖型ユビキチン鎖は、ユビキチンリガーゼ複合体LUBAC により誘導され、OTULIN 脱ユビキチン化酵素により抑制されます。
さらに、7 つの分子により特異的に認識されることにより、細胞内でのシグナル伝達に関与します。この様に、直鎖型ユビキチン鎖の作製、抑制、認識を担う主要分子はすでに同定されています。しかしながら、これらの分子の細胞内動態、組織や細胞種特異的なシグナ
ルネットワークの形成とその生物学的効果については不明な部分も多く残されています。例えば、LUBAC 構 成 因 子の一つである
HOIL-1L をコードする遺伝子は自己免疫疾患のみならず、ガンやミオパチーとの相関も示唆されていますが、詳細なメカニズムは不明

これまでに、私たちはタンパク質­タンパク質間の相互作用に有用な新規近接ビオチン化酵素AirID（Ancestral BirA for proximitydependent biotin identiﬁcation）を開発し、ビオチン化されたタ
ンパク質を検出可能な質量分析法と組み合わせることで、相互作用
タンパク質の網羅的な解析が可能であることを報告しています。本
研究では、IMiDsと相互作用する複合体型E3ユビキチンリガーゼの基質認識受容体であるCRBNへAirIDを融合したAirID-CRBNを用いて、PROTAC依存的なインタラクトーム解析技術の開発を目指します(図A)。そのためにまず、AirID-CRBNによるPROTAC依存的な標的タンパク質のビオチン化に最適な条件検討を行います。そして、質量分析によってPROTAC依存的に相互作用するタンパク質の網羅的な解析を行い(図B)、見出されたタンパク質がPROTAC依存
的にCRBNと相互作用するのかどうかや(図C)、細胞内において分解される基質かどうかを評価します(図D)。これらの解析を行うこと
によって、PROTACの作用をより深く理解するためのPROTAC依存
的なインタラクトーム解析技術の開発を目指します。

関連する代表的な論文
1.

2.

13

A01

愛媛大学プロテオサイエンスセンター 無細胞生命化学部門 特定研究員
http://www.pros.ehime-u.ac.jp/cell-free/

Yamanaka, S., Murai, H., Saito, D., Abe, G.,
Tokunaga, E., Iwasaki, T., Takahashi, H., Takeda, H.,
Suzuki, T., Shibata, N., Tamura, K., and *Sawasaki, T.
(2021) Thalidomide and its metabolite
5-hydroxythalidomide induce teratogenicity via the
cereblon neosubstrate PLZF. EMBO J 40, e105375.
doi: 10.15252/embj.2020105375.
Furihata, H. #, Yamanaka, S. #, Honda, T., Miyauchi,
Y., Asano, A., Shibata, N., *Tanokura, M., *Sawasaki,
T and *Miyakawa, T. (2020) Structural bases of IMiD
selectivity that emerges by 5-hydroxythalidomide.
Nat. Commun. 11, 4578. doi:
10.1038/s41467-020-18488-4 (# equally contributed).

です。また、これらを解明するのに最適な抗体や分子ツールも存在しないことから、本研究の目的は、申請者のチームが独自に取得した単量体、単一ドメインの小分子であるナノボディーを基盤とした分子ツールの開発とLUBAC の新規制御メカニズムの解明です。そのために、1）各LUBAC 構成因子を抗原とするラマ由来ナノボディー
クローンの生化学的特徴の解析と分子ツールの開発、2）ナノボ
ディーによるLUBAC活性と生物学的効果への影響の解析、3）ナノ
ボディーによるLUBAC構成因子の細胞内動態の探索、を行います。
究極的には、生体内でも組織浸潤性の高いナノボディーの特性を活かして、LUBAC 依存的に引き起こされる疾患コントロールの手法を確立することを目指します。

関連する代表的な論文
3.

4.

Yamanaka, S., Shoya, Y., Matsuoka, S.,
Nishida-Fukuda, H., Shibata, N., and *Sawasaki, T.
(2020) An IMiD-induced SALL4 degron system forselective degradation of target proteins. Commun.
Biol. 3, 515. doi: 10.1038/s42003-020-01240-5.
Kido, K., Yamanaka, S., Nakano, S., Motani, K.,
Shinohara, S., Nozawa, A., Kosako, H., Ito, S., and*Sawasaki, T. (2020) AirID, a novel proximity
biotinylation enzyme, for analysis of protein-protein
interactions. eLife 9, e54983. doi:
10.7554/eLife.54983.

5.

Yamanaka, S., Sato, Y., Oikawa, D., Goto, E., Fukai,S., Tokunaga, F., *Takahashi, H., and *Sawasaki, T.
(2020) Subquinocin, a small molecule inhibitor of
CYLD and USP-family deubiquitinating enzymes,
promotes NF-κB signaling. Biochem. Biophys. Res.
Commun. 524, 1-7. doi: 10.1016/j.bbrc.2019.12.049.

1.

2.

Fennell, L.M., Gomez Diaz, C., Deszcz, L.,
Kavirayani, A., Hoffmann, D., Yanagitani, K.,
Schleiffer, A., Mechtler, K., Hagelkruys, A.,
Penninger, J., and *Ikeda, F. (2020) Site-specificubiquitination of the E3 ligase HOIP regulates
apoptosis and immune signaling. EMBO J. 39(24):e103303. doi: 10.15252/embj.2019103303.
Ebner, P., Poetsch, I., Deszcz, L., Hoffmann, T.,
Zuber, J., and *Ikeda, F. (2018) The IAP family
member BRUCE regulates autophagosome-lysosome
fusion. Nat Commun. 9(1):599. doi:
10.1038/s41467-018-02823-x.

3.

*Rittinger, K., and *Ikeda, F. (2017) Linear ubiquitin
chains: enzymes, mechanisms and biology. Open
Biol. 7(4):170026. doi: 10.1098/rsob.170026.

4.

Kumari, S., Redouane, Y., Lopez-Mosqueda, J.,
Shiraishi, R., Romanowska, M., Lutzmayer, S., Kuiper,J., Martinez, C., *Dikic, I., *Pasparakis, M., and*Ikeda, F. (2014) Sharpin prevents skin inflammation
by inhibiting TNFR1-induced keratinocyte apoptosis.
Elife. 3:e03422. doi: 10.7554/eLife.03422.

5.

Ikeda, F., Deribe, Y.L., Skånland, S.S., Stieglitz, B.,
Grabbe, C., Franz-Wachtel, M., van Wijk, S.J.,
Goswami, P., Nagy, V., Terzic, J., Tokunaga, F.,
Androulidaki, A., Nakagawa, T., Pasparakis, M., Iwai,
K., Sundberg, J.P., Schaefer, L., Rittinger, K., Macek,
B., and *Dikic, I. (2011) SHARPIN forms a linear
ubiquitin ligase complex regulating NF-κB activity
and apoptosis. Nature. 471(7340):637-41. doi:
10.1038/nature09814.

14

A01

9

研究代表者

公募研究

川原

裕之

10

研究代表者

公募研究

及川 大輔

大阪市立大学大学院医学研究科分子病態学 准教授
http://osaka-cu-1seika.umin.jp/

ケモテクノロジーを活用したプレエンプティヴ
経路特異的 Ub デコーダーの標的識別機構

直鎖状ユビキチン代謝を制御する
新規ケモテクノロジーによる疾患病態の抑制

タンパク質の新合成には厳密な品質管理が必要です。最近、このようなタンパク質品質管理の場に、新しいユビキチンバイオロジーの存在が浮かび上がってきました。特に、ストレス条件下ではシグナル配列の認識不良、およびトランスロコンからの拒絶などが誘起され、シグナル配列をN末端に持ったまま（正常な小胞体内プロセシングを受けないまま）の不良膜タンパク質が細胞質に蓄積します。凝集性の高い不良膜タンパク質の蓄積を防ぐため、新しい細胞質性ユビ
キチン依 存 的 分 解 経 路 の 存 在 が 予 見され、プレエンプティヴ(pre-emptive：予防的)なタンパク質品質管理と命名されました。
しかし、ERADなどに代表される小胞体「内」膜タンパク質品質管理とは対照的に、その分子的実体とユビキチンコード作動機構は充分解明されていません。

ユビキチンのN末端を介した特殊な連結様式により形成される「直鎖状ユビキチン鎖（M1鎖コード）」は、NF- Bなどの炎症シグ
ナルやアポトーシスなどの細胞死を制御し、近年では、タンパク質凝集体形成にも関与することが指摘され始めています。このM1鎖
コードは、HOIL-1L、HOIP、SHARPINからなるユビキチンリガー
ゼ複合体 LUBAC（linear ubiquitin chain assembly complex）
により産生される一方、OTULINなどの脱ユビキチン化酵素により分解されることで、その代謝が制御されています。

私たちは、新生ポリペプチドの品質管理を担う新しいプロテア
ソーム会合因子としてBAG6を見出し、これが不良膜タンパク質のユビキチン化、低分子量GTPase群のユビキチン化などに必須であることを見いだしました。BAG6は、その結合ユビキチンデコーダー群と共に、リボソームから小胞体へのポリペプチド配送を監視する

プレエンプティブ品質管理を差配しています。この経路は、凝集性プ
リオン、あるいは１型糖尿病発症の原因となる変異インシュリン代
謝の中核として機能することが、最近の研究から明らかにされました。プレエンプティブ品質管理を標的に、神経変性疾患および１型糖尿病の克服に向けたユビキチン創薬への応用が、現在の課題となっています。
そこで本研究では、ERADに比して研究の歴史が浅いプレエンプ
ティブ品質管理を対象に、基質ユビキチン化の中核を成すBAG6複合体の作動機構を、ケモテクノロジーの手法を用いて解明していきます。最近、BAG6基質認識ドメインに関する研究成果を応用して、不良ポリペプチドを特異的に認識できる新プローブ群の開発に成功しました。今後これらを活用して、種々の病理的条件下で細胞内に蓄積する不良翻訳産物を分離し、不良タンパク質の蓄積ストレスが疾患を誘導するプロセス解明と防御機構提案を目指します。さらに、BAG6複合体の機能を調節することによって、プレエンプティヴ品質
管理の支配下にある凝集性プリオン、あるいは変異インシュリンの毒性発現を防御する系を開発していきます。

関連する代表的な論文

15

A01

東京都立大学 理学部 生命科学科 細胞生化学研究室 教授
https://www.biol.se.tmu.ac.jp/labo.asp?ID=celche

これ まで 私 たちは、LUBACに 対 する 特 異 的 阻 害 剤として
HOIPIN-8を見出し、in vitroでLUBAC活性を特異的に阻害し、細胞レベルにおいてLUBACによる炎症制御や細胞死制御をキャンセルすること、さらに、B細胞リンパ腫やマウス乾癬モデルに対して病態抑制効果を示すことを報告してきました。本研究では、HOIPIN-8に加え、OTULIN阻害剤の開発を通じて、M1鎖コードの代謝を「産生」と「分解」の両側面から制御し、M1鎖コードの新たな生理機能を探索するほか、関連する各種病態の発症・抑制メカニズムの解明を進めます。

1. OTULIN阻害剤の開発とケモテクノロジー解析
現在着手しているOTULIN阻害剤の開発を加速させ、特異性評
価や構造基盤の解明を共同研究などにより進めると共に、各種シグ
ナル経路に対する影響など、OTULIN-KO細胞との比較解析により細胞レベルでの機能性を評価します。さらに、HOIPIN-8と組み合わせた解析を行い、M1鎖コードの新たな生理機能を探索します。
2. HOIPIN-8を用いたケモテクノロジー解析と疾患モデル評価
これまでに報告されているB細胞リンパ腫や皮膚炎病態に加え、HOIPIN-8の 病 態 抑 制 効 果 に つ い て 広 く 検 証 を 進 め ま す。
HOIPIN-8の動物個体内における代謝・物性を精査し、最適な投与方法を検討すると共に、タンパク質凝集体を伴う疾患群（プロテイ
ノパチー）に対する解析にも着手します。これらの解析を通じて、ユ
ビキチン創薬に向けた知見の取得を目指します。

関連する代表的な論文

1.

Matsuura, Y., Noguchi, A., Yokota, N., and*Kawahara, H. (2020) Nuclear accumulation of
ZFP36L1 is cell cycle-dependent and determined bya C-terminal serine-rich cluster. J. Biochem. 168,477-489. doi: 10.1093/jb/mvaa072

3.

Suzuki, R., and *Kawahara, H. (2016) UBQLN4
recognizes mislocalized transmembrane domain
proteins and targets these to proteasomal
degradation. EMBO Rep. 17, 842–857. doi:
10.15252/embr.201541402.

2.

Takahashi, T., Minami, S., Tajima, K., Tsuchiya, Y.,
Sakai, N., Suga, K., Hisanaga, S., Obayashi, N.,
Fukuda, M., and *Kawahara, H. (2019) Cytoplasmic
control of Rab-family small GTPases through BAG6.
EMBO Rep. 20, e46794. doi:
10.15252/embr.201846794

4.

Minami, R., Hayakawa, A., Kagawa, H., Yanagi, Y.,
Yokosawa, H., and *Kawahara, H. (2010) BAG-6 isessential for selective elimination of defective
proteasomal substrates. J. Cell Biol. 190: 637-650.
doi: 10.1083/jcb.200908092

5.

Shimada, M., Kanematsu, K., Tanaka, K., Yokosawa,
H., and *Kawahara, H. (2006) Proteasomal ubiquitin
receptor RPN-10 controls sex determination in
Caenorhabditis elegans. Mol. Biol. Cell 17:5356-5371. doi: 10.1091/mbc.E06-05-0437

1.

2.

Miyashita H+, Oikawa D+, Terawaki S, Kabata D,
Shintani A, *Tokunaga F. (2021) Crosstalk between
NDP52 and LUBAC in innate immune responses, cell
death, and xenophagy. Front Immunol. 12, 635475.
(+) equally contributed. doi:
10.3389/fimmu.2021.635475.
Oikawa D, Hatanaka N, Suzuki T, *Tokunaga F.
(2020) Cellular and Mathematical Analyses of LUBAC
Involvement in T Cell Receptor-mediated NF-κB
Activation Pathway. Front Immunol. 11, 601926. doi:
10.3389/fimmu.2020.601926.

3.

Oikawa D, Sato Y, Ito H, *Tokunaga F. (2020) Linear
ubiquitin code: Its writer, erasers, decoders,
inhibitors, and implications in disorders. Int. J. Mol.
Sci. 21, 3381. doi: 10.3390/ijms21093381.

4.

Oikawa D, Sato Y, Ohtake F, Komakura K, Hanada K,
Sugawara K, Terawaki S, Mizukami Y, Phuong HT, Iio
K, Obika S, Fukushi M, Irie T, Tsuruta D, Sakamoto S,
Tanaka K, Saeki Y, Fukai S, *Tokunaga F. (2020)
Molecular bases for HOIPINs-mediated inhibition of
LUBAC and innate immune responses. Commun
Biol. 3, 163. doi: 10.1038/s42003-020-0882-8.

5.

Nakazawa S+, Oikawa D+, Ishii R+, Ayaki T,
Takahashi H, Takeda H, Ishitani R, Kamei K, Izumi T,
Kawakami H, Iwai K, Hatada I, Sawasaki T, *Ito H,*Nureki O, *Tokunaga F. (2016) Linear ubiquitination
is involved in the pathogenesis of
optineurin-associated amyotrophic lateral sclerosis.
Nat Commun. 7, 12547. (+) equally contributed. doi:
10.1038/ncomms12547

16

A01

11

研究代表者

公募研究

森戸

大介

12

研究代表者

公募研究

上田 洋司

藤田医科大学総合医学研究所難病治療学講座 講師
http://info.fujita-hu.ac.jp/~nanbyou/

ユビキチン化異常を起点とする
血管障害の統合的理解と創薬

UBL3ケモテクノロジーによる、ユビキチン化とUBL3化のクロストーク機構の解析

ミステリン（別名RNF213, ALO17）は約600 kDaの巨大な細胞内タンパク質で、脳血管疾患もやもや病の発病に関わる因子として同定されました。私たちはミステリン遺伝子の初めての分子ク
ローニングを行い、ミステリンタンパク質が運動性ATPアーゼ活性やユビキチンリガーゼ活性を持つこと、また、生理条件下で細胞内の脂肪貯蔵サイトである脂肪滴に局在して、脂肪代謝を制御する機能を持つこと、もやもや病責任変異によりこのような機能が失われることなどを世界にさきがけて解明してきました。

子変異はもやもや病のほかにもアテローム血栓性脳梗塞や肺高血圧など、はば広い血管病態と相関することなどが相次いで報告されています。その一方で、ミステリンの酵素活性、細胞内機能、血管障害形成機序のそれぞれの詳細および３者の関係はまだほとんど未知に近い状態です。言い換えれば、ミステリンがどのような酵素であり、生理的／病的条件においてどのような細胞内機能を持ち、それがどのように個体における血管障害の形成につながっていくのか、
いまだ解明を待つ状態です。

最近、国内外のグループより、私たちの見出したミステリンの運動性ATPアーゼ活性はモーター分子であるダイニンに類似した活性であること（ただしその意味は依然として不明）、ミステリンのユビキチ
ンリガーゼ活性は従来知られていない非典型的な様式による可能性があること、もやもや病責任変異として同定されたミステリン遺伝

本研究課題では特にミステリンのユビキチンリガーゼ活性に注目しながら、これら３者それぞれ（分子・細胞・個体レベルでのミステ
リンの挙動）の詳細解明および３者の関係の解明を進めるとともに、ミステリンの病態機能の理解およびケモユビキチンテクノロジーに基づいた創薬研究に取り組みます。

エクソソームは、ほぼ全ての細 胞 種からMultivesicular Body
(MVB)を介して細胞外へ放出される小胞であり、特定のタンパク質を内包し標的細胞に再び取り込まれます。がん転移や神経変性などの疾患においては、エクソソームを介した悪性タンパク質の伝搬が病変部位拡大の原因となっています。しかしながら、一部の分子はユビキチン化によりエクソソームへ輸送される可能性が報告されていたも の の(Putz et al., Sci Signal 2012; Smith et al., J Immunol2015)、特定のタンパク質のエクソソームへの輸送機構は完全には理解されていません。オートファジーに関しては、ユビキチン様タン
パク質であるATG12は、Alixへ結合することでMVB形成を制御する こ と が 報 告 さ れ て い ま す(Murrow L et al., Nat Cell Biol
2015)。また、オートファジーを止めるとエクソソームの放出が増え、逆にオートファジーを促進するとエクソソームの放出量が減ることがわかっていますが (Abdulrahman et al., JBC 2018, Minakaki etal., Autophagy 2018, Miranda et al., Nat Commun 2018)、

関連する代表的な論文

17

A01

昭和大学医学部生化学講座 講師
http://www10.showa-u.ac.jp/~biochem/Biochem/Biochem_top.html

1.

* 森戸大介 , ミステリン―もやもや病遺伝子の代謝制御
機能 (2019) 生化学 , 第 91 巻第 6 号 , pp.815-819(2019)

2.

Sugihara M, *Morito D, Ainuki S, Hirano Y, Ogino K,
Kitamura A, Hirata H, Nagata K. (2019) The AAA+
ATPase/ubiquitin ligase mysterin stabilizes cytoplasmic
lipid droplets. J Cell Biol. 218(3):949-960「エクソソーム放出」と「オートファジー活性」のクロストーク機構は不明でありました。
申請者は、ユビキチン様タンパク質UBL3が、新規翻訳後修飾因子として機能し、特定タンパク質をUBL3化修飾することでエクソソームへの輸 送することを見 出しました(Ageta et al., Nature
Commun 2018)。さらに、GFPタグ を 付 加 させたユビキチン,
SUMO, UBL3に対する、エクソソームへの輸送を比較したところ、
ユビキチン化タンパク質もエクソソームへ輸送されていることを確認しました。以上の結果は、特定タンパク質の輸送はすべてUBL3化
によって制御されるのではなく、部分的にはユビキチン化によって制御されていることを示しています。本研究では、前回の公募研究により確立したUBL3ケモテクノロジーを活用することで、「ユビキチン
化修飾及びオートファジー制御」と「UBL3化修飾」との間のクロストーク機構を解析し、エクソソーム関連疾患に有効な薬剤探索に繋げることを目指します。

関連する代表的な論文
3.

4.

Kotani Y, *Morito D, Sakata K, Ainuki S, Sugihara M,
Hatta T, Iemura SI, Takashima S, Natsume T, Nagata K.
(2017) Alternative exon skipping biases substratepreference of the deubiquitylase USP15 formysterin/RNF213, the moyamoya disease susceptibility
factor. Sci Rep 7:44293
Kotani Y, *Morito D, Yamazaki S, Ogino K, Kawakami K,
Takashima S, *Hirata H, *Nagata K. (2015)
Neuromuscular regulation in zebrafish by a large AAA+
ATPase/ubiquitin ligase, mysterin/RNF213. Sci Rep
5:161615.

Morito D, Nishikawa K, Hoseki J, Kitamura A, Kotani Y,
Kiso K, Kinjo M, Fujiyoshi Y, Nagata K. (2014)
Moyamoya disease-associated protein mysterin/RNF213
is a novel AAA+ ATPase, which dynamically changes its
oligomeric state. Sci Rep 4:4442.

1.

Ageta, H., Tsuchida, K., (2019) Post-translational
modification and protein sorting to small extracellular
vesicles including exosomes by ubiquitin and UBLs.
Cell Mol Life Sci 24, 4829-4848. doi:
10.1007/s00018-019-03246-7.

2.

Ageta, H., Ageta-Ishihara, N., Hitachi, K., Karayel, O.,
Onouchi, T., Yamaguchi, H., Kahyo, T., Hatanaka, K.,
Ikegami, K., Yoshioka, Y., Nakamura, K., Kosaka, N.,
Nakatani, M., Uezumi, A., Ide, T., Tsutsumi, Y.,
Sugimura, H., Kinoshita, M., Ochiya, T., Mann, M.,*Setou, M., and *Tsuchida, K. (2018) A novel UBL3
modification influences protein sorting to small
extracellular vesicles. Nat. Commun 9, 3936. doi:
10.1038/s41467-018-06197-y.

3.

Ikeda, D., Ageta, H., Tsuchida, K., and *Yamada, H.
(2013) iTRAQ-based proteomics reveals novel
biomarkers of osteoarthritis. Biomarkers. 18(7),565-72. doi: 10.3109/1354750X.2013.810667.

4.

Ageta, H., Ikegami, S., Miura, M., Masuda, M.,
Migishima, R., Hino, T., Takashima, N., Murayama, A.,
Sugino, H., Setou, M., Kida, S., Yokoyama, M.,
Hasegawa, Y., Tsuchida, K., Aosaki, T., and*Inokuchi, K. (2010) Activin plays a key role in themaintenance of long-term memory and late-LTP.
Learn Mem. 23, 17(4):176-85. doi:
10.1101/lm.16659010.

5.

Ageta, H., Kato, A., Hatakeyama, S., Nakayama, K.,
Isojima, Y., and *Sugiyama, H. (2001) Regulation of
the level of Vesl-1S/Homer-1a proteins byubiquitin-proteasome proteolytic systems. J Biol
Chem. 11;276(19):15893-7.

18

A01

13

研究代表者

公募研究

沖米田 司

1

研究代表者

公募研究

高岡 洋輔

東北大学大学院理学研究科化学専攻 有機化学第一研究室 准教授
http://www.orgchem1.chem.tohoku.ac.jp/orgchem1/Home.html

CFTR ユビキチン化制御剤の創出とCF 創薬への応用

ユビキチンコード解析に資する基質タンパク質
選択的ケミカルツール群の開発

嚢胞性線維症（Cystic Fibrosis; CF）は呼吸器系を侵す単一遺伝病で、世界に8万人の患者が存在する指定難病です（平均寿命40歳）。CF の原因は、形質膜の塩素イオンチャネル CFTR の遺伝
子変異（ΔF508 変異）に起因した CFTR タンパク質の形質膜発現低下です。近年、
ΔF508-CFTR の形質膜移行を促進する CF 治
療薬が上市されましたが、その治療効果が弱く、有効な CF 薬物療法の確 立には形 質 膜で CFTR を安 定 化する CFTR スタビライ
ザーの開発が望まれています。我々は形質膜からの ΔF508-CFTR
分解を促進するユビキチンリガーゼ（E3）RFFLがCFの新規治療標的分子であること（Dev Cell 2018）、同定したRFFLリガンドがRFFL-CFTR 相互作用（PPI）と ΔF508-CFTR 形質膜分解を阻害することを発見しました。また、
ΔF508-CFTR の小胞体関連分
解に関 与するE3リガーゼ RNF5, RNF185ダブルノックダウン（KD）が ΔF508-CFTR小胞体関連分解を劇的に阻害し、CF治療

本研究では、これまでほとんど明らかにされてこなかった植物ホルモンを介したユビキチンバイオロジーについて、分子レベルで解析・制御するための新規ケモテクノロジーを開発します。具体的には、植物ホルモン受容体のユビキチンリガーゼと基質タンパク質である転写リプレッサー間、およびリプレッサーと転写因子間の相互作用を制御する小分子・ペプチド型ケミカルツールを開発します。
例えば 植 物の生 長と防 御を司る植 物ホルモンのジャスモン酸（JA-Ile）は、ユビキチンリガーゼのF-boxタンパク質COI1と、転写
リプレッサー JAZとの相互作用を誘起するmolecular glueとして機能します。JAZがJA-Ileを介してユビキチン化を受け分解されると、もともとJAZが抑制していた転写因子の抑制が解除されて、生長抑制や防御応答などの様々な応答を引き起こします。高等植物ではJAZには12種類以上、転写因子にはそれ以上の種類が発現しており、その制御メカニズムは非常に複雑で、不明な点が多く残されて剤の有効性を増強すること、さらに、ケミカルアレイスクリーニング
によりRNF5及びRNF185に結合するリガンド化合物を発見しました。そ こ で 本 研 究 で は、CFTR 関 連 E3 で あ る RFFL, RNF5,
RNF185リガンド化合物から特異的阻害剤を同定し、CF患者気道
上皮初代培養細胞（CF-HBE, 前臨床最終評価系）等における有効性評価からCF治療剤の開発を進めます。
我々は脱ユビキチン化酵素（DUB）網羅的スクリーニングにより、ΔF508-CFTR 形質膜発現を制御するDUBを見出しました。これらのDUBは ΔF508-CFTRと結合するもの、CFTR 関連 E3 である RFFLと結合するものが含まれていました。そこで本研究では、
CFTR-DUB 及び RFFL-DUB 相互作用を低分子化合物等で制御するケモテクノロジーを開 発し、タンパク質 品 質 管 理におけるE3-DUB 複合体の機能解明と共に、DUB を標的とした新規CF治療法の開発を目指します。

関連する代表的な論文

19

A02

関西学院大学 生命環境学部 生命医科学科 沖米田研究室 教授
https://okilabkgu.wixsite.com/okilab2013

1.

Fukuda R, *Okiyoneda T. Cystic Fibrosis
Transmembrane Conductance Regulator (CFTR)
Ubiquitylation as a Novel Pharmaceutical Target for
Cystic Fibrosis. Pharmaceuticals (Basel). 2020 Apr
22;13(4):75. doi: 10.3390/ph13040075. Review.

2.

Sakai R, Fukuda R, Unida S, Aki M, Ono Y, Endo A,
Kusumi S, Koga D, Fukushima T, Komada M,*Okiyoneda T. The integral function of the endocytic
recycling compartment is regulated by
RFFL-mediated ubiquitylation of Rab11 effectors. J
Cell Sci. 2019 Feb 7;132(3). doi: 10.1242/jcs.228007.

います。本研究で開発するケミカルツールは、一挙に起こるこれらのタンパク質間相互作用の一部を誘導または阻害することで単純化させ、JAZのユビキチン化パターンの解析や、JAZが制御する転写因子それぞれの機能の解析に繋げます。
これまでに我々は、COI1-JAZサブタイプ選択的リガンドの開発や、COI1-JAZ共受容体とリガンドとの親和性を定量評価する方法論の開発、及びJAZ-転写因子間の相互作用を制御するステープルペプ
チドの開発などに成功し、実際にモデル植物体内でこれらのツールが機能することを実証してきました。今後はこれらのツールを拡充することで、JAZタンパク質の関わる生理現象（ユビキチンコード解析
や各種転写因子の活性制御など）の解明を目指し、植物ホルモンのユビキチンバイオロジーと機能との相関関係を明らかにしたいと考えています。

関連する代表的な論文
3.

4.

*Okiyoneda T, Veit G, Sakai R, Aki M, Fujihara T,
Higashi M, Susuki-Miyata S, Miyata M, Fukuda N,
Yoshida A, Xu H, Apaja PM, Lukacs GL.
Chaperone-Independent Peripheral Quality Control of
CFTR by RFFL E3 Ligase. Dev Cell. 2018 Mar 26;44(6):694-708.e7. doi: 10.1016/j.devcel.2018.02.001.
Bagdany M, Veit G, Fukuda R, Avramescu RG,
Okiyoneda T, Baaklini I, Singh J, Sovak G, Xu H,
Apaja PM, Sattin S, Beitel LK, Roldan A, Colombo G,
Balch W, Young JC, *Lukacs GL. Chaperones rescue
the energetic landscape of mutant CFTR at single
molecule and in cell. Nat Commun. 2017 Aug 30;8(1):398. doi: 10.1038/s41467-017-00444-4.

5.

Okiyoneda T, Veit G, Dekkers JF, Bagdany M, Soya
N, Xu H, Roldan A, Verkman AS, Kurth M, Simon A,
Hegedus T, Beekman JM, *Lukacs GL.
Mechanism-based corrector combination restores Δ
F508-CFTR folding and function. Nat Chem Biol.
2013 Jul;9(7):444-54. doi: 10.1038/nchembio.1253.

1.

Suzuki, K., Takaoka, Y.*, Ueda, M.* Rational design ofa stapled JAZ9 peptide inhibiting protein-protein
interaction of a plant transcription factor, RSC Chem.
Biol., 2, 499-502 (2021).

2.

Takeuchi, J., Fukui, K., Seto, Y., Takaoka, Y.*,
Okamoto, M.* Ligand-receptor interactions in plant
hormone signaling, Plant J., 105, 290-306 (2021)(Review Article).

3.

Takaoka, Y.*, Nagumo, K., Azizah, I. N., Oura, S.,
Iwahashi, M., Kato, N., *Ueda, M., A Comprehensivein vitro fluorescence anisotropy assay system forscreening ligands of the jasmonate COI1-JAZ
co-receptor in plants. J. Biol. Chem. 294, 5075-5081(2019).

4.

Takaoka, Y., Iwahashi, M., Chini, A., Saito, H.,
Ishimaru, Y., Egoshi, S., Kato, N., Tanaka, M., Bashir,K., Seki, M., Solano, R., Ueda*, M., A rationallydesigned JAZ subtype-selective agonist of jasmonate
perception. Nat. Commun. 9, 3654 (2018).

5.

Takaoka, Y., Uchinomiya, S., Kobayashi, D., Endo,
M., Hayashi, T., Fukuyama, Y., Hayasaka, H.,
Miyasaka, M., Ueda, T., Shimada, I., *Hamachi, I.,
Endogenous Membrane Receptor Labeling by
Reactive Cytokines and Growth Factors to Chase
Their Dynamics in Live Cells. Chem, 4, 1451-1464(2018).

20

A02

2

研究代表者

公募研究

宮前

友策

A02

3

筑波大学 生命環境系 准教授
https://sites.google.com/view/ymiyamae-tsukuba

研究代表者

公募研究

寺井

琢也

東京大学大学院理学系研究科化学専攻生体分子化学研究室 特任准教授
https://www.chem.s.u-tokyo.ac.jp/campbell/

脱ユビキチン化酵素の切断機構を活用した
細胞内タンパク質発現制御法の開発

進化分子工学によるユビキチン化酵素基質の同定と選択的タンパク質分解法の開発

細胞内の標的タンパク質（protein-of-interest: POI）の安定性や機能を制御するための技術は、基礎生物学や医学における強力な分子ツールです。近年POIをコードする遺伝子配列のいずれかの末端部位に、分解を誘発するポリペプチド（degron: デグロン）を
遺伝子工学的に付加し、デグロンを融合したタンパク質の発現のオンオフを、化合物や光の照射により制御する化学的手法が開発されています。これらの手法は、RNAiやCre/loxPシステムと異なり、翻訳後レベルで制御できるため、刺激後30分から1時間以内に発現の制御が可能な利点があります。しかし、現在までに報告されているデグロン法のほとんどが、POIに対してデグロンタグ（25 〜 100
アミノ酸残基前後）を恒久的に融合させる必要があり、タンパク質の種類によっては、本来有する分子機能を損ねる可能性が指摘されていました。

近年、ユビキチンによる細胞内タンパク質の修飾が想像以上に多様性に富むことが明らかになりつつあります。しかしその多様性の源泉である多種多様なユビキチンリガーゼ（E3）の基質特異性に関する知見は未だ不十分です。そこで本研究では、研究代表者が近年取り組んでいるペプチド進化分子工学、特にcDNA display法（＝ピューロマイシンDNAリンカーを介してペプチドとそれをコードする
cDNAを１分子レベルで共有結合させる技術）を活用して、「特定のE3に選択的に認識・分解されるペプチド配列の網羅的探索」を目指します。具体的にはランダム化したペプチド配列を含むモデルタン
パク質を無細胞翻訳系によってcDNA displayへと変換し、標的となるE3を含むユビキチン化酵素系中でインキュベーションします。その後、ユビキチン化されたcDNA display分子をアフィニティー精製
してPCRを行い、次世代シークエンサーで配列解析を実施する事で、標的E3がどのペプチドを基質とするのかを網羅的に調べます（図１
左）。こうして得られたペプチドの情報は、内在性基質の同定や、条件選択的なタンパク質分解技術の開発に繋がると考えられます。

本 研 究では、私たちが独自に見出した、脱ユビキチン化 酵 素（deubiquitinase: DUB）の基質配列の改変による切断速度の調節現象と、小分子化合物に応答するデグロン分子を組み合わせた

新たな方法論を構築し、次世代型のタンパク質発現制御ツールの確立を目指します。具体的には、共同研究者であるWandlessらが開 発した 小 分 子 応 答 性 デグロンであるdestabilizing domain(DD)のC末端とPOIのN末端の間に、DUBによる緩やかな切断を受けるユビキチン（Ub）の部分配列を「切断タグ」として挿入した
融合タンパク質を用います。この融合タンパク質は、細胞内に発現させるとDDの不安定性により速やかに分解されます。一方、DDに結合する安定化リガンドを添加することにより、DDの構造が安定化された後、次いで細胞内のDUBによりPOIが切断タグのC末端から切断され、タグから解放されます（図参照）。これにより、POIの発現
量を、細胞が本来有するありのままの姿で制御することが可能になると考えられます。本研究では、切断タグとしてのUb部分配列の最適化を行った後、制御可能なタンパク質の種類等を検証し、標的タ
ンパク質発現制御法としての基本的性能を明らかにします。さらに、ゲノム編集技術を用いて内在性タンパク質制御への適用を目指すとともに、キメラ抗原受容体の発現制御を試行し、免疫療法への応用可能性を検証します。

本研究ではまた、「標的タンパク質に結合する新規VHH（＝ラクダ科動物に由来する単一ドメイン抗体）の獲得と、タンパク質分解
誘導への応用」にも取り組みます。PROTACやSNIPERなどの人工分子を用いた標的タンパク質のユビキチン化と選択的分解（プロテインノックダウン）は創薬の新たな方法論として注目を集めていますが、標的に対する低分子リガンドが未知の場合には分解誘導が難しいという課題もあります。VHHは一般的な抗体よりサイズが小さく細胞内でも利用できる上、cDNA displayを始めとする進化分子工学やタンパク質工学の対象としても適しています。本研究ではまず、VHHの大規模ライブラリーから試験管内淘汰によって細胞内標的タンパク質に結合する分子を探索します。こうして得られた人工抗体
を認識部位として用いれば、任意のタンパク質に対するノックダウン
ができるはずです（図１右）。さらに、VHHに光応答性や低分子応
答性を付与する研究と組み合わせることで、最終的には刺激に応答して可逆的にタンパク質分解を制御することも可能になると期待されます。

本研究の概要関連する代表的な論文

211.

Miyamae, Y., Chen, L.C., Utsugi, Y., Farrants, H.,*Wandless, T. J. (2020) A method for conditional
regulation of protein stability in native or near-native
form. Cell Chem. Biol. 27, 1-9. doi:
10.1016/j.chembiol.2020.09.004.

2.

Ohtera, A., *Miyamae, Y., Yoshida, K., Maejima, K.,
Akita, T., Kakizuka, A., Irie, K., Masuda, S., Kambe,T., *Nagao, M. (2015) Identification of a new type of
covalent PPARγ agonist using a ligand-linking
strategy, ACS Chem. Biol. 10, 2794-2804. doi:
10.1021/acschembio.5b00628.

関連する代表的な論文
3.

*Miyamae, Y., Nishito, Y., Nakai, N., Nagumo, Y.,
Usui, T., Masuda, S., Kambe, T., *Nagao, M. (2016)
Tetrandrine induces lipid accumulation throughblockade of autophagy in a hepatic stellate cell line.
Biochem. Biophys. Res. Commun. 477, 40-46. doi:
10.1016/j.bbrc.2016.06.018.

4.

Utsugi, Y., Kobuchi, H., Kawamura, Y., Atito, A.S.A.,
Nagao, M., Isoda, H., *Miyamae, Y. (2019)
Importance of the proximity and orientation ofligand-linkage to the design of cinnamate-GW9662
hybrid compounds as covalent PPARγ agonists.
Molecules 24, 2019. doi:
10.3390/molecules24102019.

5.

Kurata, M., Fujiwara, N., Fujita, K., Yamanaka, Y.,
Seno, S., Kobayashi, H., Miyamae, Y.; Takahashi, N.,
Shibuya, M., *Masuda, S. (2019) Food-derived
compounds apigenin and luteolin modulate mRNA
splicing of introns with weak splice sites. iScience22, 336-352. doi: 10.1016/j.isci.2019.11.033.

1.

*Terai, T., Koike, T., and *Nemoto, N. (2020)
Photocrosslinking of cDNA Display Molecules with
Their Target Proteins as a New Strategy for Peptide
Selection. Molecules 25, 1472. doi:
10.3390/molecules25061472

3.

*Terai, T., Anzai, H., and *Nemoto, N. (2019) Selectionof Peptides that Associate with Dye-Conjugated Solid
Surfaces in a pH-Dependent Manner Using cDNA
Display. ACS Omega 4, 7378-7384. doi:
10.1021/acsomega.9b00631

2.

Jayathilake , C., Kumachi, S., Arai, H., Motohashi, M.,
Terai, T., Murakami, A., and *Nemoto, N. (2020) In
vitro selection of anti-gliadin single-domain antibodies
from a naïve library for cDNA-display mediatedimmuno-PCR. Anal. Biochem. 589, 113490. doi:
10.1016/j.ab.2019.113490

4.

Kobayashi, S., Terai, T., Yoshikawa, Y., Ohkawa, R.,
Ebihara, M., Hayashi, M., Takiguchi, K., and *Nemoto,N. (2017) In vitro selection of random peptides
against artificial lipid bilayers: a potential tool toimmobilize molecules on membranes. Chem.
Commun. 53, 3458–3461. doi: 10.1039/C7CC00099E

5.

寺井琢也、熊地重文、* 根本直人、cDNA display 法によるペプチドスクリーニング技術 (2017)、
『ペプチド
（技術
医薬品のスクリーニング・安定化・製剤化技術』
情報協会編）、pp. 40-49.

22

A02

4

研究代表者

公募研究

合山

進

A02

5

東京大学新領域創成科学研究科 先進分子腫瘍学分野 教授
https://webpark2162.sakura.ne.jp/

研究代表者

公募研究

寺

正行

東京農工大学大学院 生命工学専攻 テニュアトラック准教授
http://web.tuat.ac.jp/~nagasawa/

シャペロン介在型 E3 リガーゼ STUB1 を軸としたプロテオスタシス調節薬の開発

核酸高次構造を反応場とする
ユビキチンプロテアソーム誘導分子の開発

細胞内のプロテオスタシスは、タンパク質の合成、フォールディン
グ、分解のバランスによって保たれています。HSP70やHSP90などの熱ショックタンパク質は、分子シャペロンとして様々なタンパク質のフォールディングを介助し、プロテオスタシスの維持に貢献しています。また、E3ユビキチンリガーゼSTUB1は、フォールディングに失敗したタンパク質をユビキチン化し、ユビキチン-プロテアソーム経路を介して分解を誘導する役割を担っています。私達は以前に、造血系転写因子RUNX1をユビキチン化して分解するE3 リガーゼとしてSTUB1 を同定し、以後STUB1 を軸とした創薬研究を進めてきました。これまでに、バーチャルスクリーニング及びサーマルシフト
アッセイを行い、低濃度でSTUB1に結合する複数の化合物を同定しました。また、STUB1と熱ショックタンパク質との複雑な協調作用について解析を進めています。

グアニン四重鎖（G4）はグアニンリッチな配列モチーフで形成される核酸高次構造です。G4形成配列は染色体末端のテロメア、遺伝子プロモーター、RNAの非翻訳領域等で見出され、特にRNA
G4は翻訳、スプライシング、細胞内局在等に関わることが示唆されています。生体内環境においてG4は動的な立体構造であり、一本鎖、部分的な二本鎖と共に平衡状態にあります。G4結合タンパク質（G4 Binding Protein: G4BP）や低分子（G4リガンド）との結合によってG4は形成へと平衡が移動することが知られています（図）。G4は核酸の配列ではなく「立体構造」に基づいて生物学的機能を発現するため、次世代型創薬標的や生命現象の新たな調節因子として注目を集めています。

本研究では、これまでに同定したSTUB1 結合化合物を活用して、
STUB1 による標的分子の分解を誘導するProteolysis Targeting

Chimera (PROTACs)の作製を目指します。PROTACsの作製にはこれまでE3リガーゼVHLやCRBNが使用されてきましたが、元々様々なタンパク質の品質管理を請け負っているSTUB1を活用した
PROTACsを開発できれば、より生理的かつ効果的に標的タンパクの分解を誘導できる可能性があります。また、STUB1とHSP70、
HSP90の結合を検出するコムギ無細胞AlphaScreenを確立し、HSP70、HSP90との結合を阻害、もしくは増強する化合物を探索します。このような化合物は、細胞内でSTUB1の機能を調節する効果を持つことが期待されます。さらに、周囲の分子をビオチン化するリガーゼTurboIDを分割し、2分子が相互作用した時のみ働く
Split-TurboIDの 手 法 を用いて、STUB1-HSP70 複 合 体 およびSTUB1-HSP90複合体のインタラクト­ム解析を行います。これにより、それぞれの複合体が持つ機能の類似点および相違点を明らかにすることができます。以上の結果を統合して、シャペロン介在型
E3リガーゼSTUB1を軸とした新しいプロテオスタシス調節薬の開発を目指したいと思います。

RNAは相補鎖がないのでG4が形成されやすいと考えられ、G4
ヘリカーゼDHX 9、スプライシングに関与するhnRNP、RNAの安定性と局在に関与するnucleolin等、これまでに約20種類のG4BPが同定されています。G4BPは動的なG4と協調して細胞機能をトラ
ンジェントに調節していると考えられますが、その報告の多くは無細胞系におけるG4オリゴRNAとの結合試験にとどまり、生細胞内でG4と結合することにより発現される機能はほとんど未解明です。
RNA-タンパク相互作用は細胞機能に大きな影響を及ぼしますが、タンパク質間相互作用と比べて研究手法が確立されていません。そこで、我 々がこれまでに 開 発してきたG4リガンドを用い れ ば
G4-PROTACによるG4 BPのユビキチン化とそれに伴うプロテア
ソーム分解を基盤に、RNA-タンパク相互作用解析の新たな研究ツールを開発できると考えられます。
本研究ではまず、独自のG4リガンドであるOTD、LCO、BBR類の3種にアジド基を導入したアジドG4リガンドとE3リガンドを様々なリンカーを介して合成化学的に連結し、G4-PROTACsを合成します。次に、入手容易なG4BPとRNA G4との組み合わせによって、G4を反応場としたユビキチン化反応を検証します。最終的には
G4-PROTACsを培養細胞に作用させ、G4BPがG4上で実際にユビキチン化され、ケミカルノックアウトを受けるかを評価します。これ
により、G4BPの機能解明ツールG4-PROTACの開発へとつなげる
予定です。

G4リガンド（OTD）をG4-PROTACへと構造展開しG4BPをユビキチン化させるケミカルプローブの概念図

関連する代表的な論文
1.

23

Hayashi Y, *Goyama S, Liu X, Tamura M, Asada S,
Tanaka Y, Fukuyama T, Wunderlich M, O’ Brien E,
Mizukawa B, Yamazaki S, Matsumoto A, Yamasaki S,
Shibata T, Matsuda K, Sashida G, Takizawa H,*Kitamura T. Antitumor immunity augments thetherapeutic effects of p53 activation on acute myeloid
leukemia. Nature Communications 10(1): 4869
(2019). doi: 10.1038/s41467-019-12555-1.

関連する代表的な論文
2.

3.

Yonezawa T, Takahashi H, Shikata S, Liu X, Tamura
M, Asada S, Fukushima T, Fukuyama T, Tanaka Y,
Sawasaki T, Kitamura T, *Goyama S. The ubiquitin
ligase STUB1 regulates stability and activity of
RUNX1 and RUNX1-RUNX1T1. Journal of Biological
Chemistry 292(30): 12528-12541 (2017). doi:
10.1074/jbc.M117.785675.
Goyama S, Schibler J, Cunningham L, Zhang Y, Rao Y,
Nishimoto N, Nakagawa M, Olsson A, Wunderlich M, Link
KA, Mizukawa B, Grimes HL, Kurokawa M, Liu PP, Huang
G, *Mulloy JC. Transcription factor RUNX1 promotes
survival of acute myeloid leukemia cells. Journal of
Clinical Investigation 123(9): 3876-88 (2013). doi:
10.1172/JCI68557.

4.

Goyama S, Yamamoto G, Shimabe M, Sato T,
Ichikawa M, Ogawa S, Chiba S, *Kurokawa M. Evi-1
is a critical regulator for hematopoietic stem cells andtransformed leukemic cells. Cell Stem Cell 3(2):207-220 (2008). doi: 10.1016/j.stem.2008.06.002.

5.

Goyama S, Wunderlich M, *Mulloy JC. Xenograftmodels for normal and malignant stem cells. Blood
125(17): 2630-2640 (2015). doi:
10.1182/blood-2014-11-570218.

1.

Sasaki, S., Ma, Y., Ishizuka, T. Bao, H.L., Hirokawa,T., Xu, Y., Tera, M., and *Nagasawa, K. (2020) Linear
consecutive hexaoxazoles as G4 ligands inducing
chair-type anti-parallel topology of a telomericG-quadruplex. RSC Adv. 10, 43319–43323. doi:
10.1039/D0RA09413G

2.

3.

Yasuda, M., Ma, Y., Okabe, S., Wakabayashi, Y.,
Dongdong, S., Young-Tae, C., Seimiya, H., *Tera, M.,
and *Nagasawa, K. (2020) Target identification of amacrocyclic hexaoxazole G-quadruplex ligand using
a post-target-binding visualization. Chem. Commun.,
58, 12905-12908. doi: 10.1039/D0CC04957C*Tera, M., and Luedtke, N. W. (2020) Cross-Linking
Cellular Nucleic Acids via a Target-Directing Double
Click Reagent. Meth. Enzymol., 641, 433–457. doi:
10.1016/bs.mie.2020.04.048

4.

Tera, M., and *Luedtke, N. W. (2019)
Three-Component Bioorthogonal Reactions on
Cellular DNA and RNA. Bioconjug. Chem., 30,
2991-2997. doi: 10.1021/acs.bioconjchem.9b00630

5.

Tera, M., Harati-Taji, Z., and *Luedtke, N. W. (2018)
Intercalation-Enhanced “Click” Crosslinking of DNA.
Angew. Chem. Int. Ed., 57, 15405-15409. doi:
10.1002/anie.201808054

24

A02

6

研究代表者

公募研究

鳴海

哲夫

7

公募研究

研究代表者

林

剛介

名古屋大学 大学院工学研究科 生命分子工学専攻 生体分子応用化学研究室 准教授
http://www.chembio.nagoya-u.ac.jp/labhp/bioanal2/index.html

ユビキチン鎖の空間配向制御を指向した
ケモテクノロジーの開発

タンパク質化学合成と進化分子工学を活用したユビキチンケモテクノロジーの創出

ユビキチンはC末端グリシン残基が、他のユビキチンのリジン側鎖とイソペプチド結合を形成することでユビキチン鎖を形成し、多種多様な生命現象に関与します。このイソペプチド結合を含む2つのグリシン残基とリジン側鎖からなるユビキチン連結領域は、N末端連結型を除く、全てのユビキチン鎖に含まれる共通構造であり、脱ユビキ
チン化酵素の認識部位ともなることから、ユビキチン鎖の構造や機能を制御する重要な構造因子です。

タンパク質の作製は培養細胞を用いた遺伝子工学的手法でなされることが一般的ですが、近年は有機化学的にタンパク質を作製する技術「タンパク質化学合成法」でも作れるようになってきました。
これは、固相担体上でアミノ酸を一つずつ伸長させて数十残基のペプチドを作る「ペプチド固相合成」と、合成したペプチド同士を繋ぎ合わせる「ペプチド連結反応」の発展による結果だと言えます。ペプ
チド固相合成では、導入可能なアミノ酸の種類がとても多いため、遺伝子工学法では作ることが困難なタンパク質（例えば、翻訳後修飾を持つものや蛍光色素などの機能性分子が導入されたもの）を、
化学合成法では作ることができます。これまでに我々の研究グルー
プでは、タンパク質化学合成法をより洗練された技術へと昇華させるための分子技術の開発、および化学合成法を用いた修飾タンパク質の作製とその機能解析を行ってきました。また、近年我々の研究グループでは標的タンパク質に結合する人工抗体を取得する技術の開発も行っており、ユビキチンやその他のユビキチン関連タンパク質に結合する抗体クローンの取得に成功しています。

近年、化学合成したユビキチン鎖をタンパク質プローブとするユビ
キチン研究が盛んに行われています。しかし、化学合成したユビキチ
ン鎖の多くは、本来のユビキチン連結領域とは全く異なる構造であるため、天然のユビキチン鎖が取りうる空間配向性やダイナミクス、
それらに起因するユビキチン認識を正確に解析することは容易ではありません。また、数種類の非天然型ユビキチン同士を比較した例は皆無であり、ユビキチン連結領域の構造の違いがユビキチン認識に与える影響は、ユビキチン化を起点とする生命現象に影響を及ぼす可能性があります。

これまでに私たちは、タンパク質の普遍的な共通構造であるペプ
チド結合に着目し、これらを有機化学的に改変した機能性分子を開発し、アミノ酸やペプチドをモダリティとする創薬研究を進めてきました。なかでも、酵素によって容易に加水分解されるペプチド結合
を、結合の長さと角度がよく似た炭素-炭素二重結合に置換したアルケン型ペプチド結合等価体を中心に研究を進め、化学合成法を確立するとともに、様々な生理活性ペプチドに応用することで、加水分解耐性やアミド配座制御能を付与したペプチドミメティックを創出してきました。最近では、これら分子技術をタンパク質の機能解明に応用すべく、タンパク質化学合成との融合研究を進めています。
本研究では、ユビキチン鎖の構造や機能を制御するユビキチン連
結領域に着目して、有機化学的手法ならびに計算化学的手法をもとに高機能化したタンパク質プローブ「特殊ユビキチン鎖」を創製することで、ユビキチンの作動機構の理解を加速化するケモテクノロ
ジーの創出を目指します。

本研究ではユビキチン生物学の発展に寄与するケモテクノロジー
として、遺伝子工学的手法では作製困難なユビキチン化タンパク質の化学合成を行います。さらに進化分子工学的手法を融合し、合成

関連する代表的な論文
1.

2.

25

A02

静岡大学大学院総合科学技術研究科 生物有機化学研究室 准教授
https://wwp.shizuoka.ac.jp/tenarumi/

Kyan, R., Sato, K., Mase, N., and *Narumi, T. (2020)
Pendant Alkoxy Groups on N ‐ Aryl Substitutions
Drive the Efficiency of Imidazolylidene Catalysts for
Homoenolate Annulation from Enal and Aldehyde.
Angew. Chem. Int. Ed. 59, 19031-19036. doi:
10.1002/anie.202008631.
Takano, T., *Narumi, T., Nomura, W., Furuta, T., and*Tamamura, H. Utilization of the Heavy Atom Effectfor the Development of a Photosensitive
8-Azacoumarin-Type Photolabile Protecting Group.
(2015) Org. Lett. 17, 5372-5375. doi:
10.1021/acs.orglett.5b02720.

したユビキチン化タンパク質やユビキチン関連因子に選択的に結合する人工抗体の取得を行います。合成したユビキチン化タンパク質や取得した人工抗体は領域内外の研究者に提供し、生化学解析や構造解析、細胞生物学解析などを行うことで、本領域の発展に貢献します。
1. ユビキチン化タンパク質の効率的合成法の開発
化学合成法では、標的とするタンパク質が大きいほどペプチド連結反応の回数が増加し、それに伴って精製回数が増加するため、合成収率および効率の低下が問題となります。そこで本研究では、私たちがこれまでに開発してきた効率的one-potペプチド連結法をさらに発展させ、標的とするユビキチン化タンパク質を高効率で合成可能な系の開発を行います。
2. ユビキチン化タンパク質・ユビキチン関連因子に結合する人工抗体の取得
化学合成したユビキチン化タンパク質やプロテアソーム関連因子に結合する人工抗体を「TRAPディスプレイ法」というin vitroセレク
ション技術を用いて取得します。取得した人工抗体を用いて生化学
解析や細胞内解析を行うことでユビキチン関連因子の新たな機能解明に役立てます。

関連する代表的な論文
3.

4.

Kobayakawa, T., *Narumi, T., and *Tamamura, H.
Remote Stereoinduction in the
Organocuprate-Mediated Allylic Alkylation of Allylic
gem-Dichlorides: Highly Diastereoselective Synthesisof (Z)-Chloroalkene Dipeptide Isosteres. (2015) Org.
Lett. 17, 2302-2305. doi:
10.1021/acs.orglett.5b00611.
Narumi, T., Takano, H., Ohashi, N., Suzuki, A., Furuta,
T., and *Tamamura, H. Isostere-Based Design of
8-Azacoumarin-Type Photolabile Protecting Groups:
A Hydrophilicity Increasing Strategy for
Coumarin-4-ylmethyls. (2014) Org. Lett. 16,
1184-1187. doi: 10.1021/ol5000583.

5.

Narumi, T., Hayashi, R., Tomita, K., Kobayashi, K.,
Tanahara, N. Ohno, H., Naito, T., Kodama, E.,
Matsuoka, M. *Oishi, S. and *Fujii, S. Synthesis andbiological evaluation of selective CXCR4 antagonists
containing alkene dipeptide isosteres. (2009) Org.
Biomol. Chem. 8, 616-621. doi: 10.1039/B917236J.

1.

2.

Kamo, N., Kujirai, T., Kurumizaka, H., Murakami, H.,*Hayashi, G., *Okamoto, A.
Organoruthenium-Catalyzed Chemical Protein
Synthesis to Elucidate the Functions of Epigenetic
Modifications on Heterochromatin Factors, Chem.
Sci. 2021 in press doi: 10.1039/d1sc00731a.
Kondo, T., Iwatani, Y., Matsuoka, K., Fujino, T.,
Umemoto, S., Yokomaku, Y., Ishizaki, K., Kito, S.,
Sezaki, T., Hayashi, G., *Murakami, H. Antibody-likeproteins that capture and neutralize SARS-CoV-2,
Sci. Adv. 2020 6, eabd3916. doi:
10.1126/sciadv.abd3916.

3.

Nakatsu, K.; *Hayashi, G. *Okamoto, A. Toolbox for
Chemically Synthesized Histone Proteins, Curr. Op.
Chem. Biol. 2020 58, 10-19. doi:
10.1016/j.cbpa.2020.04.016.

4.

Yanase, M.; Nakatsu, K.; Cardos, C. J.; Konda, Y.;*Hayashi, G. *Okamoto, A. Cysteinylprolyl imide (CPI)
peptide: a highly reactive and easily accessible
crypto-thioester for chemical protein synthesis,
Chem. Sci. 2019 10, 5967-5975. doi:
10.1039/c9sc00646j.

5.

Kamo, N., Hayashi, G., *Okamoto, A. Triple Functionof 4-Mercaptophenylacetic Acid Promotes One-Pot
Multiple Peptide Ligation, Angew. Chem. Int. Ed.
2018 57, 16533-16537. doi: 10.1002/anie.201809765.

26

A02

8

研究代表者

公募研究

前川 大志

9

研究代表者

公募研究

脱ユビキチン化酵素を標的としたタンパク質量制御化合物の開発

プロテインノックダウン法は、ユビキチン (Ub)-プロテアソーム経路やオートファジー経路を利用して標的タンパク質を特異的に分解する手法です。本手法は近年、細胞内タンパク質に対する分子標的
創薬 (臨床応用)と標的タンパク質の機能解析ツール (基礎研究)の2つの側面から大きく注目され、加速的に研究開発が進んでいます。
一方で、既存のUb-プロテアソーム経路によるプロテインノックダウン法では、利用可能なリガンドが限定的である事や特異性の低さ等が課題となっており、標的タンパク質を自由自在に強制的に分解に導くプロテインノックダウン法は未開発のままです。従って、自在なプロテインノックダウン法の確立には、Ubリガーゼと標的タンパク
質のリガンドのレパートリーを飛躍的に拡充していく必要があります。

現在、キメラ化合物を用いて標的タンパク質をE3リガーゼ（E3）によって分解させるプロテインノックダウン技術として、PROTACやSNIPERの開発が精力的に行われています。しかし、これらの技術
は標的タンパク質に特異的に結合する化合物の開発が難しいという問題点があり、対象となるタンパク質はまだ限定されています。そこで我々の研究で着目したのが脱ユビキチン化酵素（DUB）です。
DUBはE3によってユビキチン化された標的タンパク質からユビキチンを除去する酵素で、多くのDUBが標的タンパク質をプロテアソー
ム分解から保護し、安定化させる役割を担っています。このDUBの活性を低分子化合物で制御することができれば、DUBによって保護されている標的タンパク質の分解誘導や、逆に更なる安定化を促進することが理論的には可能です。しかし、特定のDUBのみの活性を制御する化合物が実用化された例は非常に少ないのが現状です。
その主たる要因は、DUBの酵素活性部位は構造的に保存性が高く、特異的なDUB阻害剤の開発が難しいことにあります。

で結合するリガンドとして短期間に高確率で取得する事ができます。
即ち、標的タンパク質やUbリガーゼに結合するDNAアプタマー同士を架橋した『bivalent DNAアプタマー』は、標的タンパク質をUbリガーゼに近接させ、Ub化とその後の分解を促進し得るので、自在に標的タンパク質を分解できるプロテインノックダウン法の基盤
ツールになり得ます (研究構想図)。
本研究では、我々が開発したNotchシグナル転写因子CBF1に結合するDNAアプタマーを標的タンパク質のリガンド、CUL3型Ub
リガーゼ複合体の基質認識受容体であるSPOPに結合するDNAア
プタマーをUbリガーゼのリガンドとし、両者を架橋したbivalent
DNAアプタマーを合成します (図1)。本研究を通して、bivalent
DNAアプタマーによるCBF1のUb化とタンパク質分解の促進をinvitroと細胞レベルで実証し、bivalent DNAアプタマーを新たなプ
ロテインノックダウンの手法として確立します。更に、将来的な臨床応用を志向して、脂質ナノ粒子等を用いた高効率且つ、無毒なbivalent DNAアプタマーの細胞内導入方法を検討し、将来的な生体内へのdrug delivery systemの構築も同時に行います。

関連する代表的な論文
1.

Tezuka-Kagajo, M., *Maekawa, M (co-first)., *Ogawa,A (co-first)., Hatta, Y., Ishii, E., Eguchi, M., and*Higashiyama, S. (2020) Development of human
CBF1-targeting single-stranded DNA aptamers with
anti-angiogenic activity in vitro. Nucleic Acid Ther.
30 (6): 365-378. doi: 10.1089/nat.2020.0875

2.

Watanabe, R., *Maekawa, M (co-first)., Hieda, M.,
Taguchi, T., Miura, N., Kikugawa, T., Saika, T., and*Higashiyama, S. (2020) SPOP is essential for
DNA-protein crosslink repair in prostate cancer cells:
SPOP-dependent removal of topoisomerase 2A fromthe topoisomerase 2A-DNA cleavage complex. Mol.
Biol. Cell. 31 (6): 478-490. doi:
10.1091/mbc.E19-08-0456

高橋宏隆

愛媛大学 プロテオサイエンスセンター 無細胞生命科学部門 准教授
http://www.pros.ehime-u.ac.jp/cell-free/

Bivalent DNA アプタマーによるプロテインノックダウン法の開発

本研究において我々が利用するDNAアプタマーは、標的分子に結 合する約30〜70塩 基の1本 鎖DNAで、SELEX (Systematic
Evolution of Ligands by EXponential enrichment)法により開発できます。SELEX法の最大の特徴は、最初の配列ライブラリーが極めて膨大 (ランダム配列が30塩基の場合: 約1016)である点です。
SELEX法を利用する事で、DNAアプタマーを高い親和性と特異性

27

A02

愛媛大学 プロテオサイエンスセンター 細胞増殖腫瘍制御部門 講師
https://www.m.ehime-u.ac.jp/school/biochem2/

我々は愛媛大学で開発したコムギ無細胞系を基盤に、in vitroでのハイスループットな薬剤探索技術を開発し、ヒトのDUBの半数を占 め るUSPフ ァ ミリ ー の み を 特 異 的 に 阻 害 す る 化 合 物
Subquinocinの取得に成功しています。そこで、Subquinocinを母核に化合物展開を行い、USPファミリーに属するDUBのうち、特定のUSPのみを選択的に機能制御できる化合物の取得を目指します。
この化合物を基盤に、DUBによるタンパク質ノックダウン技術（図の①、②）や逆に安定化技術（図の③）の開発が可能になると考えました。本研究では、標的タンパク質が既に解明されており、がんや神経変性疾患への関与が報告されているUSP15を中心に研究を進めます。既に報 告されているUSP15の結 晶 構 造をもとに、insilico解 析 に よるドッ キ ン グ モ デ ル と 構 造 解 析 を 駆 使 し、SubquinocinのUSPへの特異性・結合力・阻害活性を自在に改変した誘導体化合物をデザインし、それらを用いてUSP15やその他のUSPが細胞内で標的とするタンパク質の量の制御を試みます。これ
らをモデルとして、DUBを標的とした化合物によるタンパク質量制
御技術の開発を目指します。

関連する代表的な論文
3.

4.

Murakami, A., *Maekawa, M (co-first)., Kawai, K.,
Nakayama, J., Araki, N., Semba, K., Taguchi, T.,
Kamei, Y., Takada, Y., and *Higashiyama, S. (2019)
Cullin-3/KCTD10 E3 complex is essential for Rac1
activation through RhoB degradation in humanepidermal growth factor receptor 2-positive breast
cancer cells. Cancer Sci. 110 (2): 650-661. doi:
10.1111/cas.13899
Maekawa, M., and *Fairn, G.D. (2015)
Complementary probes reveal that
phosphatidylserine is required for proper transbilayer
distribution of cholesterol. J. Cell Sci. 128 (7):1422-1433. doi: 10.1242/jcs.164715

5.

Maekawa, M., Terasaka, S., Mochizuki, Y., Kawai, K.,
Ikeda, Y., Araki, N., Skolnik, E.Y., *Taguchi, T., and*Arai, H. (2014) Sequential breakdown of
3-phospholylated phosphoinositides is essential forthe completion of macropinocytosis. Proc. Natl.
Acad. Sci. USA. 111; E978-E987. doi:
10.1073/pnas.1311029111

1.

Yamanaka, S., Murai, H., Saito, D., Abe, G.,
Tokunaga, E., Iwasaki, T., Takahashi, H., Takeda, H.,
Suzuki, T., Shibata, N., Tamura, K., Sawasaki, T.
(2021) Thalidomide and its metabolite
5-hydroxythalidomide induce teratogenicity via the
cereblon neo-substrate PLZF. EMBO journal, 40(4):e105375. doi: 10.15252/embj.2020105375

2.

*Takahashi, H., Yamanaka, S., Kuwada, S., Higaki, K.,
Kido, K., Sato, Y., Fukai, S., Tokunaga, F., and*Sawasaki, T. (2020) A human DUB protein array forclarification of linkage specificity of polyubiquitin
chain and application to evaluation of its inhibitors.
Biomedicines, 8(6): 152. doi:
10.3390/biomedicines8060152

3.

Yamanaka, Y., Sato, Y., Oikawa, D., Goto, E., Fukai,S., Tokunaga, F., *Takahashi, H., *Sawasaki, T. (2020)
Subquinocin, a small molecule inhibitor of CYLD and
USP-family deubiquitinating enzymes, promotes NF-κ
B signaling. Biochem Biophys Res Commun., 2020,
524(1):1-7. doi: 10.1016/j.bbrc.2019.12.049

4.

Uematsu, A., Kido, K., Takahashi, H., Takahashi, C.,
Yanagihara, Y., Saeki, N., Yoshida, S., Maekawa, M.,
Honda, M., Kai, T., Shimizu, K., Higashiyama, S.,
Imai, Y., Tokunaga, F., Sawasaki, T. (2019) MIB2 E3ubiquitin ligase enhances inflammation throughdegradation of the deubiquitinating enzyme CYLD. J
Biol Chem., 294(38) 14135–14148. doi:
10.1074/jbc.RA119.010119

5.

Takahashi, H., Uematsu, A., Yamanaka, S., Imamura,M., Nakajima, T., Doi, K., Yasuoka, S., Takahashi, C.,
Takeda, H., Sawasaki, T. (2016) Establishment of awheat cell-free synthesized protein array containing
250 of human and mouse E3 ubiquitin ligases to
identify novel interaction between E3 ligases andsubstrate proteins. PLoS ONE, 11(6):e0156718. doi:
10.1371/journal.pone.0156718

28

A02

10

研究代表者

公募研究

川口 充康

11

公募研究

研究代表者

渡邉

信元

国立研究開発法人理化学研究所 環境資源科学研究センター 理研-マックスプランク連携研究部門 バイオプローブ応用研究ユニット ユニットリーダー
http://www.riken.jp/research/labs/csrs/riken_max_planck/bioprobe_app/

プロテアソーム分解過程可視化蛍光プローブの開発と新規プロテアソーム阻害剤の探索

β-TrCP のリン酸化基質への結合に拮抗する
小分子探索と蛋白質分解誘導系への応用

プロテアソーム阻害剤ボルテゾミブが抗がんとして開発・臨床応用されて以来、プロテアソーム阻害剤の薬効、潜在性に注目が集まっています。しかし、ボルテゾミブに耐性を示す症例も散見されるため新たな作用機序を持つプロテアソーム阻害剤の開発が切望されています。ただ、従来のプロテアソーム阻害剤はプロテアーゼ
活性を示す20Sコア粒子中のβ1, 2, 5サブユニットを標的とするものが多く、新たな標的タンパク質の創出が不可欠である一方で、それを制御する化合物を効率的に探索する術がありませんでした。

β-TrCP(β-Transducin repeat Containing Protein) は、SCF
型E3ユビキチン化酵素の基質認識サブユニットF-BOXタンパク質のひとつであり、基質のリン酸化を認識して結合します。本研究計
画では、β-TrCPの基質へのリン酸化依存結合に拮抗する小分子リ
ガンドを見出し、細胞内の分解させたい標的タンパク質の特異的リガンドとの結合キメラ化合物を合成し、標的タンパク質をプロテア
ソーム依存分解させるシステムを構築する研究を提案します。

そこで、本研究では『プローブ分子自身をユビキチン−プロテア
ソーム経路の基質と見做し、i) ユビキチン化過程、ii) 26Sプロテア
ソームへの取り込み過程、iii) プロテアソーム分解過程の全てが進行した場合に限り蛍光性を示す』といった全く新しい検出戦略を考案し、プロテアソーム分解過程の一部始終を一気通貫かつ生細胞中にて観察できる「蛍光性小分子プローブ」の開発を目指します。
また、開発した蛍光プローブをin cellulo表現型スクリーニングに適用し、これまでにない標的・作用機序を持つプロテアソーム阻害剤を探索・開発し、抗がん剤リードとしての有効性を実証します。
また、本研究のプローブ開発を行う中で鍵となる問いとして「ユビキチン化を受ける基質はタンパク質である必要があるか？」という疑問があり、それに対する答えを得ることも目指します。即ち、従来のユビキチン化基質はタンパク質が一般的ですが、リジン残基を持つペプチド鎖、或いはリジン残基のみ、さらには脂肪族のアミノ基でさえ基質として十分な可能性があります。本研究でその疑問を明らかにすることで、ケミカルバイオロジー研究としてPROTACsを用いた分解操作技術の応用の幅が広げられるだけでなく、生体内でユビキチン−プロテアソーム系により分解を受ける分子に関しても視野を広げ、見直す必要性・機会を提示できる可能性があります。
さらに、これまでにない標的分子・制御小分子を明らかにできれば、プロテアソーム創薬の幅を広げ将来的な創薬研究の成功確率を高めることに繋がります。

関連する代表的な論文

29

A02

名古屋市立大学大学院薬学研究科・薬化学研究室 講師
http://www.phar.nagoya-cu.ac.jp/hp/ykg/Yakka/index.html

1.

Nakajima, Y., *Kawaguchi, M., Ieda, N., *Nakagawa,H. (2021) A Set of Highly Sensitive Sirtuin
Fluorescence Probes for Screening Small-Molecular
Sirtuin Defatty-Acylase Inhibitors. ACS Med. Chem.
Lett. 12, 617-624. doi:
10.1021/acsmedchemlett.1c00010.

2.

*Kawaguchi, M., Okabe, T., Okudaira, S., Hama, K.,
Kano, K., Nishimasu, H., Nakagawa, H., Ishitani, R.,
Kojima, H., Nureki, O., Aoki, J, *Nagano, T. (2020)
Identification of potent in vivo autotaxin inhibitors thatbind to both hydrophobic pocket and channel in the
catalytic domain. J. Med. Chem. 63, 3188-3204. doi:
10.1021/acs.jmedchem.9b01967.

私たちは、これまでに独自にリン酸化依存タンパク質間相互作用
阻害小分子探索系を構築し、科研費などの助成による研究で、Plk1のPolo Boxドメイン依存結合阻害小分子、CDK阻害タンパク
質p27のSCF型E3ユビキチン化酵素SCFSKP2によるユビキチン化を阻害する小分子、リン酸化依存にプロリンを異性化するPin1の阻害小分子などを取得して成果を上げ、国際紙に発表すると共にホームページなどに公表してきました。

本研究では、この系をもちいて、
β-TrCPの基質へのリン酸化依存結合に拮抗する小分子リガンドの獲得を目指します。得られるβ-TrCPリガンドが特異的にβ-TrCPに結合する事を検証した後、
β-TrCPリガンドと、細胞内の分解させたい標的タンパク質の特異的リガンドを合成化学的に結合したキメラ化合物を作成します。さらに、
このキメラ化合物導入によって、分解させたい標的タンパク質が、実際に細胞内でSCFβ-TrCPによってユビキチン化され、プロテアソーム
依存分解へ誘導されることを検証いたします。
本提案ではモデル系として、分解させたいタンパク質として、白血病の原因遺伝子産物Bcr-Abl、その特異的リガンドとしてGleevec(imatinib)を選び、β-TrCPリガンドとGleevecの合成キメラ化合物
によってBcr-Ablがユビキチン化、分解されることを実証し、ユビキチン化を利用した新たなケモテクノロジーとしてのβ-TrCPリガンドをもちいた細胞内タンパク質分解誘導系の有効性を証明します。また、分解させたいタンパク質としてc-Mycがん遺伝子産物にも着目し、その特異的リガンド探索を行い、分解系への応用をめざします。

関連する代表的な論文
3.

4.

Sakamoto, S., *Komatsu, T., *Watanabe, R., Zhang,Y., Inoue, T., Kawaguchi, M., Nakagawa, H., Honda,
K., *Noji, H., *Urano, Y. (2020) Single enzyme
activity-based protein profiling – multiplex
single-molecule analysis for counting enzymes forfunctional identification. Sci. Adv. 6, eaay0888. doi:
10.1126/sciadv.aay0888.
*Kawaguchi, M., Han, X., Hisada, T., Nishikawa, S.,
Kano, K., Ieda, N., Aoki, J., Toyama, T., *Nakagawa,H. (2019) Development of an ENPP1 fluorescenceprobe for inhibitor screening, cellular imaging andprognostic assessment of malignant breast cancer. J.
Med. Chem. 62, 9254-9269. doi:
10.1021/acs.jmedchem.9b01213.

5.

Kawaguchi, M., Ieda, N., *Nakagawa, H. (2019)
Development of peptide-based sirtuin defatty-acylase
inhibitors identified by fluorescence probe, SFP3 thatcan efficiently measure defatty-acylase activity ofsirtuin. J. Med. Chem. 62, 5434-5452. doi:
10.1021/acs.jmedchem.9b00315.

1.

Suvarna, K., Honda, K., Muroi, M., Kondoh, Y.,
Osada, H., and *Watanabe, N. (2020) Measurementof ATPase activity of valosin-containing protein/p97.
Bio-protocol 10, e3516. doi:
10.21769/BioProtoc.3516.

2.

Subedi,A., Muroi, M., Futamura, Y., Kawamura, T.,
Aono, H., Nishi, M., Ryo, A., *Watanabe, N., and*Osada, H. (2019) A novel inhibitor of tumorspheres
revealed activation of serine biosynthetic pathway
upon mitochondrial inhibition. FEBS Letters 593,
763-776. doi: 10.1002/1873-3468.13361

3.

Suvarna, K., Honda, K., Muroi, M., Kondoh, Y., Osada
H., and *Watanabe, N. (2019) A small-molecule
ligand of valosin-containing protein/p97 inhibits
cancer cell-accelerated fibroblast migration. J Biol.
Chem. 294, 2988-2996. doi:
10.1074/jbc.RA118.004741.

4.

Suvarna, K., Honda, K., Kondoh, Y., Osada H., and*Watanabe, N. (2018) Identification of a small
molecule ligand of β-arrestin1 as an inhibitor ofstromal fibroblast cell migration accelerated bycancer cells. Cancer Med. 7, 883-893. doi:
10.1002/cam4.1339.

5.

*Watanabe, N, and Osada H. (2020) Small molecule
inhibitors of E3 ubiquitin ligases. Drug Discovery
Series No. 78 Protein-Protein Interaction Regulators(Roy, S. and Fu, H. eds.) Royal Society of Chemistry
CHAPTER 5. pp.109-123. DOI:
10.1039/9781788016544-00109

30

Member

Re a ser c h Re sult

研究班員一覧
総括班
研究代表者
研究協力者
佐伯 泰（東京都医学総合研究所・基礎医科学研究分野 プロジェクトリーダー） 吉田 稔（理化学研究所・環境資源科学研究センター 副センター長）
石川 稔（東北大学・大学院生命科学研究科 教授）
研究分担者
二木 史朗（京都大学・化学研究所 教授）
内藤 幹彦（東京大学・大学院薬学系研究科 特任教授）
山野 晃史（東京都医学総合研究所・基礎医科学研究分野 主席研究員）
岩井 一宏（京都大学・大学院医学研究科 教授）
村田 茂穂（東京大学・大学院薬学系研究科 教授）
総括班評価者
出水 庸介（国立医薬品食品衛生研究所・有機化学部 部長）
田中 啓二（東京都医学総合研究所 理事長）
岡本 晃充（東京大学・先端科学技術研究センター 教授）
永田 和宏（JT生命誌研究館 館長）
深井 周也（京都大学・大学院理学研究科化学専攻 教授）
一條 秀憲（東京大学・大学院薬学系研究科 教授）
長田 裕之（理化学研究所・環境資源科学研究センター グループディレクター）
上杉 志成（京都大学・化学研究所 教授）

計画研究班
A01 ケモテクノロジーによるユビキチンコードの解読と制御

A02 革新的ユビキチンケモテクノロジーの創出

ケモテクノロジーと質量分析計を活用したユビキチンコードの解読

ケミカルプロテインノックダウン技術の開発と細胞制御

代表
分担

代表
分担

佐伯 泰（東京都医学総合研究所・基礎医科学研究分野 プロジェクトリーダー）
大竹 史明（星薬科大学・先端生命科学研究所 特任准教授）

ケモテクノロジーを利用したユビキチン鎖の機能解析と制御
代表
分担

岩井 一宏（京都大学・大学院医学研究科 教授）
二木 史朗（京都大学・化学研究所 教授）

ケモテクノロジーを利用したタンパク質分解制御
代表分担

村田 茂穂（東京大学・大学院薬学系研究科 教授）
山野 晃史（東京都医学総合研究所・基礎医科学研究分野 主席研究員）

ケモテクノロジーの分子基盤を創出するユビキチン構造生物学
代表

深井 周也（京都大学・大学院理学研究科化学専攻 教授）

内藤 幹彦（東京大学・大学院薬学系研究科 特任教授）
出水 庸介（国立医薬品食品衛生研究所・有機化学部 部長）
石川 稔（東北大学・大学院生命科学研究科 教授）
伊藤 拓水（東京医科大学・医学部 准教授）

ユビキチン機能制御のためのケミカルバイオロジー
代表分担吉田 稔（理化学研究所・環境資源科学研究センター 副センター長）
近藤 恭光（理化学研究所・環境資源科学研究センター 専任研究員）
Pradipta Ambara（東京工業大学・物質理工学院応用化学系 助教）

ユビキチンコードのケミカル合成
代表

岡本 晃充（東京大学・先端科学技術研究センター 教授）

公募研究班
A01 ケモテクノロジーによるユビキチンコードの解読と制御

A02 革新的ユビキチンケモテクノロジーの創出

TRIM型ユビキチンリガーゼの物性と動作原理の解析

ユビキチンコード解析に資する基質タンパク質選択的ケミカルツール群の開発

代表

代表

ユビキチン結合タンパク質 OPTN は
ATG9A ベシクルを損傷ミトコンドリア上に集積させる
山野 晃史（（公財）東京都医学総合研究所 主席研究員）
発表論文：

Critical Role of Mitochondrial Ubiquitination and the OPTN-ATG9A Axis in Mitophagy
Koji Yamano, Reika Kikuchi, Waka Kojima, Ryota Hayashida, Fumika Koyano, Junko Kawawaki, Takuji
Shoda, Yosuke Demizu, Mikihiko Naito, Keiji Tanaka, Noriyuki Matsuda.
Journal of Cell Biology 219, e201912144 (2020)

背景ルとして機能し、哺乳類細胞では5 種

IAP-dependent Protein Eraser）でミトコンドリアは真核生物の必須オル類のオートファジーアダプター（OPTN、

特定のミトコンドリア外膜タンパク質にガネラであり、細胞のエネルギーである

NDP52、TAX1BP1、p62、NBR1）がユビキチン鎖を付加させることで、マイト

ATP 合成を担っている。しかし、ATP 合

そのシグナルをオートファジーに伝える

ファジーが誘導できることを見出した。

成の代償として、ある一定の割合で活デコーダー分子であると考えられていこれらの結果は、ミトコンドリア表面上性酸素種（ROS）が産生される。過剰る。しかし、オートファジーアダプターがのユビキチン鎖がマイトファジーの必要なROSの攻撃を受けたミトコンドリア

どのような分子機序でオートファジー関条件であること、PINK1によって産生さは損傷ミトコンドリアとなり、ATP 合成

連因子を損傷ミトコンドリア近傍に集れるリン酸化ユビキチンはParkinの活

能 の 低 下 を招くだけでなく、更 なる積させるかは未解明な点が残されてい性化に必要であるものの、オートファ

ROS 産生を介して細胞自体の恒常性た。また、PINK1によって合成されるリ

ジーシグナルとして直接機能しないことを乱すことが知られている。マイトファ

ン酸化ユビキチンがオートファジーシグ

を示唆している。

ジー（ミトコンドリア選択的オートファナルとして直接機能する可能性も考えジー）はこのような損傷ミトコンドリアられていた。

を選択的に分解するシステムである。

次にマイトファジー誘導時におけるオートファジーアダプターの細胞内局在

我々は、これまでPINK1とParkinが連結果を調べた結果、全てのオートファジーア
ダプターが損傷ミトコンドリアに局在す高岡 洋輔（東北大学・大学院理学研究科化学専攻 准教授）

動して損傷ミトコンドリアの外膜にユビ

まず、構造的にK63 鎖に類似した直る こと が わ か っ た。し か し、p62とケモテクノロジーを活用したリボソームユビキチンコードの解読と制御

脱ユビキチン化酵素の切断機構を活用した細胞内タンパク質発現制御法の開発

キチン鎖を付加することで、マイトファ

鎖状ユビキチン鎖を人為的にミトコンド

NBR1がミトコンドリア全体に局在する

代表

代表

ジーを誘導することを明らかにしてきリア 外 膜 に 形 成 させること、またはの に 対 し、OPTNとNDP52 は オ ート

た。ユビキチンはマイトファジーのシグナ

SNIPER（Specific and Nongenetic

ファジーの膜と損傷ミトコンドリアのコ

畠山 鎮次（北海道大学・大学院医学研究院 教授）
松尾 芳隆（東京大学・医科学研究所 准教授）

宮前 友策（筑波大学・生命環境系 准教授）

ユビキチンケモテクノロジーを活用した細胞生死バランス制御による疾患治療戦略の開発

進化分子工学によるユビキチン化酵素基質の同定と選択的タンパク質分解法の開発

代表

代表

松沢

厚（東北大学・大学院薬学研究科 教授）

寺井 琢也（東京大学・大学院理学系研究科化学専攻 特任准教授）

5-aza-dCTPによる新たなDNA 維持メチル化制御機構の解明

シャペロン介在型E3リガーゼSTUB1を軸としたプロテオスタシス調節薬の開発

代表

代表

西山 敦哉（東京大学・医科学研究所 准教授）

USP8の自己阻害機構の理解に基づく阻害剤開発とクッシング病治療への応用
代表

福嶋 俊明（東京工業大学・科学技術創成研究院 助教）

酵素反応と化学反応を駆使した分岐鎖認識の構造生物学
代表佐藤 裕介（鳥取大学・大学院工学研究科 講師）

合山進（東京大学・新領域創成科学研究科 教授）

核酸高次構造を反応場とするユビキチンプロテアソーム誘導分子の開発
代表

寺正行（東京農工大学・大学院生命工学専攻 テニュアトラック准教授）

ユビキチン鎖の空間配向制御を指向したケモテクノロジーの開発
代表

鳴海 哲夫（静岡大学・大学院総合科学技術研究科 准教授）

近接ビオチン化酵素を用いたPRTOAC依存的なインタラクトーム解析技術の開発

タンパク質化学合成と進化分子工学を活用したユビキチンケモテクノロジーの創出

代表

代表

山中 聡士（愛媛大学・プロテオサイエンスセンター 特定研究員）

林

剛介（名古屋大学・大学院工学研究科 生命分子工学専攻 准教授）

ナノボディーによる標的ユビキチンリガーゼ複合体の細胞内動態の理解と応用

Bivalent DNAアプタマーによるプロテインノックダウン法の開発

代表

代表

池田 史代（九州大学・生体防御医学研究所 教授）

ケモテクノロジーを活用したプレエンプティヴ経路特異的Ubデコーダーの標的識別機構
代表

川原 裕之（東京都立大学・理学部生命科学科 教授）

前川 大志（愛媛大学・プロテオサイエンスセンター 講師）

脱ユビキチン化酵素を標的としたタンパク質量制御化合物の開発
代表高橋 宏隆（愛媛大学・プロテオサイエンスセンター 准教授）

直鎖状ユビキチン代謝を制御する新規ケモテクノロジーによる疾患病態の抑制

プロテアソーム分解過程可視化蛍光プローブの開発と新規プロテアソーム阻害剤の探索

代表

代表

及川 大輔（大阪市立大学・大学院医学研究科 准教授）

川口 充康（名古屋市立大学・大学院薬学研究科 講師）

ユビキチン化異常を起点とする血管障害の統合的理解と創薬

β-TrCPのリン酸化基質への結合に拮抗する小分子探索と蛋白質分解誘導系への応用

代表

代表

森戸 大介（昭和大学・医学部 講師）

UBL3ケモテクノロジーによる、ユビキチン化とUBL3化のクロストーク機構の解析
代表上田 洋司（藤田医科大学・総合医学研究所 講師）

渡邉 信元（理化学研究所・環境資源科学研究センター ユニットリーダー）

図１ Fluoppi（人工的液 - 液相分離）を用いたOPTNとATG9Aの相互作用解析(A) Fluoppiシステムの概略。直鎖ユビキチン（6Ub）とOPTNの相互作用、Ashタグの多量体形成、アザミグリーン（AG）の四量体形成が連鎖的に起こり、細胞内に液滴が形成される。
(B) OPTN-6Ubの液滴にATG9A が集積する。OPTNのロイシンジッパー変異体（4LA）では、OPTN-6Ubの液滴は形成されるものの、ATG9Aの集積は完全に阻害される。

CFTR ユビキチン化制御剤の創出と CF 創薬への応用
代表31

沖米田 司（関西学院大学・生命環境学部生命医科学科 教授）
32

Re a s er c h Re sultに変換する実態」に迫るため、タンパク質体ではマイトファジーをほとんど誘導でき

間 相 互 作 用を蛍 光 輝 点に変 換できる

ないことがわかった。

F l u o p p i（ F l u o r e s c e n t b a s e d

ATG9Aはオートファジー膜の初期形

technology detecting Protein-Protein

成に必須と考えられているため、本研究のInteractions）システムを用いることにし結果は、マイトファジーの誘導でOPTNがた。Fluoppiは細胞内でタンパク質間相互ATG9Aを損傷ミトコンドリア近傍に集積作用を検出する方法であり、2 種類の異なさせ、そこで新規なオートファジー膜合成

るタンパク質にそれぞれ、四量体形成能をが起こっていることを示している。

有するアザミグリーンと多量体形成能を有するAshタグを付加する。2種類が相互作

今後の展望用する場合にのみ、細胞内で液 - 液相分離

本 研 究で 利 用したFluoppi はオートによる液滴が形成される。アザミグリーン

ファジーアダプターの新規相互作用因子

をオートファジーアダプターに融合させ、を同定するための強力なツールである。今図 1 (A) LUBACはHOIP, HOIL-1L, SAHRPINからなるユビキチ
ンリガーゼ複合体 (B) LUBACによるNF-κB 活性化と細胞死抑制

Ashタグをユビキチン鎖に融合させると、後、他のオートファジーアダプターにも疾患との関連も報告されており、LUBAC

認識して、LUBAC 上に直鎖状ユビキチンる細胞に細胞内寄生菌であるサルモネラ（予想通り）細胞内で液滴が形成された。

Fluoppiを応用し、その相互作用因子を機能が完全に喪失したマウスは胎生致死鎖を形成することが判った。LUBACの各菌を感染させたところ、サルモネラ菌の周そしてOPTNと相互作用し、OPTN 液滴に解析することで、多様なアダプター機能のとなるが、ヒトではごく軽度 LUBAC 機能

サブユニットが直鎖状ユビキチン化されれ

囲を直鎖状ユビキチン鎖が取り囲むこと特異的に集積するオートファジー因子を探理解を深めることができると考えている。

が残存している場合には免疫不全と自己

ばLUBACの機能が低下することは知られで（図２A）、サルモネラ菌の増殖を抑制し索した結果、ATG9Aを同定することがでまた、1) OPTNとATG9Aは直接相互

炎症性疾患を合併した先天性疾患を発ていたので、HOIL-1LのE3 活 性はHOIP（図２B）、結 果 HOIL-1LのE3 活 性の 欠

きた。さらに解析を進めることでOPTNの作用するのか、2) OPTNと直接相互作用症する。それゆえ、LUBAC の機 能 活 性が LUBACを直 鎖 状ユビキチン化 する失は感染によって誘導される細胞死を抑ロイシンジッパーがATG9Aとの相互作用するキナーゼTBK1はどのような分子機化は免 疫 不 全や感 染 症 制 御 薬のター

「きっかけ」を作ることでLUBACの直鎖状制 した。さらに、わ れ わ れ が 作 製 したに必須であることがわかった。最後にマイ序で活性化するのか。これらの疑問に対しゲットとなる可能性が想定されている。

ユビキチン鎖生成を抑制することを明らか

HOIL-1L E3 活性を欠損したマウスは、元

そこで、「OPTNやNDP52と相互作用

トファジ ー の 活 性 を 測 定したところ、てもケモユビキチンのツールをうまく活用

図 1Aに示すようにLUBACは直鎖状にした。したがって、HOIL-1LのE3 活性が気に生まれてきて発達発育も正常である

し、ユビキチン鎖をオートファジーシグナル

ATG9Aと相互作用できないOPTN 変異しながら、明らかにしていきたい。

ユビキチン鎖生成の活性中心を有する消失すれば、LUBACが直鎖状ユビキチン

が、全身の臓器で直鎖状ユビキチン鎖がHOIPに加えて、HOIL-1LもE3 活性を有化されなくなり、LUBACの機能が活性化

著明に増加しており、LPS / D-GalN 投与

することが知られており、しかも進化上高される。

で生じる急性の肝細胞死が顕著に抑制さ

図 2 本研究成果はJCBに掲載されたが、2020 年の全 JCB 論文から10 報選出される「The Year in Cell Biology 2020」に選出された。また、その表紙を飾った。シアンはミトコンドリア、緑はOPTN-6Ubの液滴、オレンジはATG9Aベシクルを表している。

ンタクトサイトに集積した。

く保存されているが、その役割は不明でLUBACは感染防御に関与している。

れた（図２C）。またLUBACのサブユニッ

あった。筆者は1つのE3リガーゼ複合体

そこで、HOIL-1LのE3 活性を消失していトの 1つ で あるSHARPIN が 欠 損 した内に異なる2 種のE3が存在する報告は免疫応答と細胞死を制御する
LUBAC の制御機構の解明とその応用他になかったので興味を持ち、機能が不明であるHOIL-1LのE3 活性の機能解析に着手した。

結果

伏屋 康寛（京都大学大学院医学研究科細胞機能制御学 特定助教）

HOIL-1LのE3 活性の機能解明をすす

発表論文：

The HOIL-1L ligase modulates immune signaling and cell death via mono-ubiquitination of LUBAC
Yasuhiro Fuseya, Hiroaki Fujita, Minsoo Kim, Fumiaki Ohtake, Akira Nishide, Katsuhiro Sasaki, Yasushi Saeki, Keiji
Tanaka, Ryosuke Takahashi, Kazuhiro Iwai
Nature Cell Biology 22, 663-673 (2020)

33

めるためにE3 活性を消失したHOIL-1L 変
異体を細胞に導入したところ、LUBACの活性中心であるHOIPによって生成される
直鎖状ユビキチン鎖が著増し、細胞死抑制とNF-κB 活性化機能が顕著に亢進し背景

SHARPIN か ら 構 成 さ れ る（図 1A）。

は赤痢菌やサルモネラ菌などの細菌感染た。よって、HOIL-1LのE3 活性はLUBAC

直鎖状ユビキチン鎖を特異的に生成す

LUBAC が生成する直鎖状ユビキチン鎖症やウイルス感染症制御に深く関わるこの機能を抑制すると考えられた。次にそのる唯 一の複 合 体 型 E3リガーゼであるは TNF-α等 の 種 々の 刺 激 依 存 的 に、とや、アスペルギルスは病原性因子である

分子メカニズムの解明をすすめたところ、

LUBACは直鎖状ユビキチン鎖生成の活

NF-κBの活性化や細胞死を抑制するとグリオトキシンを分泌しLUBACを阻害

HOIL-1LがLUBACのすべてのサブユニッ

性中心を有するHOIPと複合体の安定化

いった細胞生存や恒常性維持に重要なすることで感染を促進することも明らかと

トに 一 つ ユ ビ キ チン を 付 け、HOIP がに 寄 与 す る サ ブ ユ ニ ットHOIL-1L、役割を担っている（図 1B）。近年 LUBAC

なっている。さらにLUBACの機能低下とHOIL-1Lによって結合されたユビキチンを

図２ (A) LUBACによるサルモネラ菌の感染制御。細胞にサルモネラ菌を感染させ、6 時間
後に免疫染色で評価。Structured illumination microscopy (SIM)を用いて検出 (B) サ
ルモネラ菌感染後の細胞内でのサルモネラ菌の増殖を評価 (C) HOIL-1LのE3リガーゼ活性欠損マウスを作出し、LPS/D-GalNの腹腔内投与による生存率を評価(D) 上段 SHARPIN 欠損マウス、下段：SHARPIN 欠損＋HOIL-1L リガーゼ活性欠損マウス

34

Re a s er c h Re sult

図 3 H O I L- 1 L の E 3 活 性 阻 害 により、LUBACの機能を活性化できる。

cpdmマウスはLUBACの機能低下によ要な役割を果たすLUBACの機能を活性

TRIP12はPROTAC 依存的にBRD4おより皮膚で細胞死が起こり、二次的に炎症化できることが明らかとなった（図 3）。近びCRL2VHL 複合体にリクルートされ、K29

が 起 こることで 皮 膚 炎 が 生 じる が、

年 LUBACは赤痢菌やレジオネラ菌等の鎖を特異的に付加することで、CRL2VHL 複

HOIL-1LのE3 活 性を欠 失してLUBAC

細菌に加え、種々のウイルスに対する感染

合体と協調的にK29/K48 分岐鎖を形成の機能を活性化するとcpdmマウスの皮抑制にも関わっていることも明らかになっし、BRD4の分解を促進するモデルが示唆

膚炎をほぼ完治できることも明らかにしたている。今回のわれわれの結果をあわせるされた（図２）。

（図２D）。

とHOIL-1LのE3 活性を阻害することで

今後の展望

今後の展望

LUBACの機能を活性化することができ、それは感染症や免疫不全症の治療につな

本研究により、標的タンパク質分解誘

本研究によってHOIL-1LのE3 活性をがる可能性もあると考え、HOIL-1LのE3

欠失させれば、感染防御や免疫応答に重活性阻害剤の開発に向けて着手している。

図2

導において形成されるユビキチンコード

TRIP12は分岐鎖を形成して標的タンパク質分解を促進するの一端が初めて明らかとなった。分岐鎖はプロテアソーム依存性分解を促進する

ビキチンコードの観点から標的タンパク質

PRM）により細胞内でのユビキチン鎖形と考えられているため、PROTACによる分解のメカニズム解明を試みた。

成を検討した。内在性 BRD4 は MZ1 依分岐鎖形成は分解に不利な標的基質の存 的 にK48 鎖 とK29 鎖 で 修 飾 さ れ、分解に適していると考えられる。ただし分TRIP12のノックダウンによってK29 鎖

岐鎖が分解を促進するメカニズムは現段

標的タンパク質分解のメカニズムを解形成は完全にキャンセルされた。興味深

階で不明であり、今後は分岐鎖のデコー析するため、エピゲノム制御因子である

いことに、K48 鎖の量もTRIP12のノック

ダーを含め、分岐鎖の機能をより詳細に

BRD4の分解誘導をモデルとして検討をダウンによって減少したことから、K29 鎖解明する必要がある。またK29 鎖はプロ

行 っ た。HT1080 細 胞 にFLAG-BRD4に依存してK48 鎖が形成されていること

テアソーム依存性分解への関与が示唆さを発現させ、VHL 結合型 PROTACであが示唆された。脱ユビキチン化酵素によれているものの、役割は明確になっていな

るMZ1を添加し、MZ1 依存的なBRD4

るユビキチン鎖の解 析（Ubi-CRest 法）い。今回の知見は、K29 鎖が K48 鎖形成相互作用因子を質量分析で解析したとこ

からも、K29/K48 混合鎖の形成が示唆を促進することを示唆しており、一般性のろ、VHLやCUL2などCRL2 複合体構成された。

検討は今後の課題である。

因 子 に 加 えて、TRIP12 を 同 定 し た。

CRL2

結果

TRIP12 は K29/K48 分岐鎖を形成してPROTAC による標的タンパク質分解を促進する
大竹 史明（星薬科大学 先端生命科学研究所 特任准教授）
発表論文：

TRIP12 promotes small molecule-induced degradation through K29/K48 branched ubiquitin chains
Kaiho-Soma A, Akizuki Y, Igarashi K, Endo A, Shoda T, Kawase Y, Demizu Y, Naito M, Saeki Y, Tanaka K, Ohtake F*
Molecular Cell 81, 1-14 (2021)

また本研究は標的タンパク質分解誘導

TRIP12は HECT 型ユビキチンリガーゼ形成すると考えられる。そこでBRD4にを特 異 的 に促 進 する共 役 因 子としてであり、内在 性 BRD4とMZ1 依 存 的に対するユビキチン鎖の形成をin vitro 系

TRIP12を同定した。この結果から、化合相互作用することを確認した。

で 解 析したところ、CRL2

複 合 体と物による標的タンパク質分解は当該ユビ

TRIP12によって協調的にK29/K48 混

キチンリガーゼが本来有しているメカニズ

背景

様々なPROTACによる標的タンパク質のい。ユビキチン依存的なタンパク質分解は近年、ユビキチン・プロテアソーム系を分解誘導が報告されており、2019 年には基質とリガーゼの複合体形成だけでなく、そこでBRD4の標的分解への効果に利用した標的タンパク質分解（Targeted

前立腺がん治療薬としてアンドロゲン受多様な高次構造のポリユビキチン鎖（ユビついて検討したところ、TRIP12のノック合鎖が形成されることが判明した。さらに

ムの単純なハイジャックではなく、ネオ基

Protein Degradation）が次世代の創薬

容体分解 PROTACの臨床試験が開始さ

キチンコード）の形成、特定のポリユビキ

ダウンあるいはノックアウト細胞においてミドルダウン質量分析の結果、CRL2VHL

質の性質によって異なる固有のメカニズ

モダリティとして注目を集めている。標的れた。

チン鎖を認識するデコーダータンパク質にMZ1 依存的なBRD4の分解が遅延する

複 合 体とTRIP12 によって形 成されるムを有していることが示唆された。さらに、

VHL

タンパク質分解の原理は、標的タンパク質

しかしながら、標的タンパク質分解の詳よるプロテアソームへの基質運搬など多ことが判明した。一方、VHLの内在性基

K29/K48 混 合 鎖 は 分 岐 点 を 含 み、TRIP12による標的タンパク質分解の促に対するリガンドとユビキチンリガーゼ

細なメカニズムは十分に解明されていな段階で調節されている。そこで本研究はユ質であるHIF-1αの分解は TRIP12の影

K29/K48 分岐鎖であることが明らかと進効果はCRBN 結合型 PROTACによる（VHLなど）に対するリガンドとをリンカー

響を受けなかった。従って、化合物によるなった。

BRD4の分 解や、VHL 結 合 型 PROTAC

で つ な い だ 化 合 物（分 解 誘 導 剤、

ネオ基質の分解は、内在性基質の分解と最後に、BRD4の標的タンパク質分解にによるTRIM24の分解にも当てはまるこ

PROTAC）あるいは標的タンパク質とユビメカニズムが異なることが示唆された。

よって引き起こされるがん細胞死におけるとが判明した。今後は、TRIP12あるいはキチンリガーゼ（CRBNなど）の相互作用

次にTRIP12 の酵 素 活 性についてin

TRIP12の寄与を検討した。BRD4はアセ未知の分岐鎖酵素が他の標的タンパク質を誘導する化合物（分子糊、Molecular

vitro 系で検討したところ、K29 鎖を特異

チル化ヒストンに結合して転写を活性化す

分解誘導剤の効果にも関与しているのGlue）によって両者を近接させ、標的タン的に伸長することが判明した（なお、これるエピゲノム制御因子であり、BRD4の阻か、一般性についての検討が必要である。

パク質を強制的にユビキチン化することでまでにK29および K48 鎖選択的なE3と害あるいは分解ががん細胞のアポトーシス

PROTACの作用に関与する共役因子や分解を誘導するものである。すなわち、細してUBE3C が報 告されているが、K29を誘導することが知られている。TRIP12

ユビキチンコードの解明は、将来的により胞が本来有しているユビキチン化機構を鎖のみに特異性を有するE3は現時点でを欠失するとMZ1 依存的なアポトーシス

高活性な薬剤の開発に貢献することが期

TRIP12のみである）。そこで質量分析を

誘導や細胞増殖抑制が部分的にキャンセ待される。

用いたユビキチン鎖定量法（Ub-AQUA/

ルされることが判明した。以上の結果から、「ハイジャック」すると一般には考えられている（図１）。これまで基礎研究レベルで35

複合体は一般的にK48 鎖を

VHL

図1

PROTACの作用原理

36

Re a s er c h Re sult

ケミカルバイオロジーによる新たなミトコンドリア病創薬標的候補の発見
小林 大貴（東京薬科大学 助教）、吉田 稔（理化学研究所 グループディレクター）
発表論文：

Chemical reversal of abnormalities in cells carrying mitochondrial DNA mutations
Hiroki Kobayashi, Hideyuki Hatakeyama, Haruna Nishimura, Mutsumi Yokota, Sadafumi Suzuki, Yuri Tomabechi,
Mikako Shirouzu, Hiroyuki Osada, Masakazu Mimaki, Yu-ichi Goto, Minoru Yoshida
Nature Chemical Biology, 17, 335–343 (2021)

背景

結果

め、低グルコース培地ではエネルギー不足

ミトコンドリア病の病因は、核 DNA 上

新規エネルギー代謝制御物質の探索・同定になり細胞死が誘導される。しかし、試験

図 2 TLAM によるエネルギー代謝変換。ミトコンドリア機能が低下した細胞は、解糖系に依存したエネルギー代謝になっている（左）。
TLAMを処理すると、PFK1 が阻害され、乳酸の産生量低下が誘導される。また、AMPK 活性化による脂肪酸分解とペントースリン酸経路の亢進が誘導され、ミトコンドリア呼吸が増強する（右）。

の遺伝子の変異の場合とミトコンドリア

ピルビン酸脱水素酵素キナーゼ阻害剤

化合物を加えてミトコンドリア呼吸優位にDNA（mtDNA）の 異 常 の 場 合 が ある。

ジクロロ酢酸は、ピルビン酸脱水素酵素

シフトできれば、エネルギー合成効率が高mtDNAはマルチコピーであり、細胞内のの活 性 化を介し、低 下したエネルギー

まるため、低グルコース培地での細胞死がらにMELASの患者由来の変異 mtDNA

代謝を示し、またTLAMを与えても代謝なっており、PFK1を阻害すると、解糖系

正常 mtDNA ／変異 mtDNAの量的変化（ATP）生産性を回復させ、かつ解糖系の抑制される。ミトコンドリア病患者由来の（m.3243A>G、3243 番目の塩基が Aか

変 化が誘 導されなかった。これにより、の 傍 系 であるペントースリン 酸 経 路により機能異常が生じる。またミトコンドリ

最終産物であり、乳酸アシドーシスの原細胞は増殖能が低く、ハイスループットス

らGに変異）を持つサイブリッド（細胞質TLAMによる細胞内エネルギー代謝シフ（Pentose phosphate pathway; PPP）

ア 病 患 者 の 組 織・細 胞 ご と に 変 異因となる乳酸の生産量を減少させる。この

クリーニングに必要な量の細胞を調製す

融 合 細 胞）お よ び 別 の MELAS 患 者

トが PFK1 阻害によりもたらされると結論へ代謝フローが迂回、増大する。PPPは、

mtDNAが存在する割合が異なることが明ため、ミトコンドリア病のひとつである

ることが難しかったので、同様の解糖系に（m.3243A>G）細胞由来のiPS 細胞からした。解糖系律速酵素であるPFK1を阻

酸化ストレスに対抗するために重要ならかになっており、ミトコンドリア病は多様

M E L A S（ m i t o c h o n d r i a l

依存したエネルギー代謝である「ワールブ

作製した分化細胞においても、ミトコンド

害することで、ミトコンドリア呼吸機能がNADPH（還元型ニコチンアミドジヌクレ

な遺伝子変異によって引き起こされる不均

encephalopathy, lactic acidosis andルグ効果」を示すがん細胞を用いることとリア呼吸機能の低下を回復させた（図 1）。

増強する理由の一つは、AMPKの活性化

オチドリン酸）を産生する経路として知ら

一なミトコンドリア機能障害疾患の総称でstroke-like episodes）の患者の治療にした。ジクロロ酢酸を陽性対照とし、低グである。実際、TLAMを処理したPFK1 野

れる。PPPの律速酵素の一つ、G6PDのある。

使用されたが、毒性がみられたため現在

ルコース状態を誘起する2-デオキシグル

生型の細胞と同様に、PFK1ノックアウト

ノックダウンによりTLAMの効果が減弱

ミトコンドリア病におけるミトコンドリア

ではほとんど使用されない。われわれは毒コースによるがん細胞の細胞死を抑制す

生化学的な解析から、TLAMはAMP

細胞は、PFK1 野生型の細胞に比べて高することから、AMPK 活性化・脂肪酸分機能異常の主体は呼吸機能の低下であ性が低く、ジクロロ酢酸のように解糖系へる化合物を理研 NPDepo 化合物ライブ

活性化プロテインキナーゼ（AMPK）の活

いAMPK 活性を示すことが確認できた。

解に加えて、PPPの亢進も、TLAMによるり、主に筋肉や神経などエネルギーを多量のエネルギー依存度が高くなっている代

ラリーから探索した結果、天然由来トリプ性化を介した脂肪酸分解により、ミトコン

一方、PFK1は解糖系のゲートキーパーとミトコンドリア呼吸増強に必要であることに必要とする組織で臨床症状が現れる。ま謝バランスを正常に近づける効果をもつ

トリン誘導体の1つに活性を見出し、そのドリア呼吸を増強することが示された。また解糖系へのエネルギー依存度が高くな物質がミトコンドリア病治療薬になりうる

化 合 物を「Tryptolinamide（TLAM）」とたメタボローム解析を行った結果、TLAMるため、乳酸アシドーシスが引き起こされと考え、つぎのような戦略でそのような物命名した。代謝解析の結果、TLAMは、がの 添 加 によりGlucose 6-phosphate、る。そのため、対症療法としてミトコンドリ

質を探索することにした。解糖系に依存しん細胞の代謝バランスをミトコンドリア呼Fructose 6-phosphate が 増 加 する一アでのエネルギー産生を補強する目的で、た細胞はエネルギー合成効率が低いた

吸にシフトさせることが確かめられた。さ方 で、Fructose 1,6-bisphosphate がTLAM の作用機序

水溶性ビタミン類（ナイアシン、B1、B2、リ

減少することから、TLAMは解糖系律速

ポ酸、ビオチンなど）やカルニチン、コエン

酵素ホスホフルクトキナーゼ（PFK1）のザイムQ10 等が用いられる。また遺伝子活性に影響を与えることが示唆された。果変異による不完全な呼吸鎖から発生する

たして組換えPFK1タンパク質を用いた解活性酸素種（ROS）が細胞にダメージを与析により、TLAMが PFK1に直接作用すえることも問題とされており、抗酸化作用

ることで、その酵素反応を阻害することがを持つ複数の治療薬候補の有効性や安全明らかになった。さらにTLAMによる細胞性が臨床試験で試されている。しかし、残内エネルギー代謝シフトが PFK1 阻害に念ながら根本的な治療法はまだ確立されよりもたらされるのかを調 べるため、ていない。そこでわれわれはケミカルバイ
オロジーの手法により、ミトコンドリア病の新たな治療標的を見いだすことを目的に
本研究を実施した。

37

H. Kobayashi

図 1 TLAMは低下したミトコンドリア呼吸機能を回復させる。TLAMの構造（左）。TLAMの活 性（右）。同じMELAS 患 者から樹 立された正 常 mtDNA をもつ iPS 細 胞 株と変 異
mtDNAをもつiPS 細胞株からそれぞれ繊維芽細胞様の細胞を調製した（ﬁbro-3243[0]および ﬁbro-3243[100]）。ﬁbro-3243[100] は最大呼吸速度および予備呼吸能が低下していたが、TLAMの処理により一部回復した。

CRISPR/Cas9 技術を用いてPFK1ノッ
クアウト細 胞 を 作 製した。その 結 果、PFK1ノックアウト細胞は、TLAMを与えた細胞と同様にミトコンドリア呼吸優位の

図 3：TLAM はミトコンドリア病患者由来 iPS 細胞の病的表現型を回復させる。変異した
mtDNAを高頻度で持つ iPS 細胞（iPSC-3243[100] および iPSC-3291[100]）は神経細胞（NF-H 陽性細胞）へ分化できないが、TLAMの添加により分化が促進された。

38

Re a s er c h Re sultが示された（図 2）。

mtDNAを高頻度に持ったiPS 細胞の分PFK1 阻害はミトコンドリア病治療の観化障害を改善し、神経細胞（NF-H 陽性

点から複数のメリットを持つ、これまでに細胞）へと効率よく分化させることが分ない治療標的になりうる。またミトコンド

かった（図 3）。このことは、PFK1を阻害

リア機能低下は、ミトコンドリア病だけで最後に、TLAM がミトコンドリア病患することで、mtDNAに起因するミトコン

なく、老化、がん、神経変性疾患を含むさ者から樹立されたiPS 細胞の病的な表現

ドリア病の病態を改善できる可能性を示

まざまな疾患に関連している。とりわけ、型に与える影 響を評 価した。変 異したしている。

ユビキチンとそのリン酸化の役割が明確

TLAM によるミトコンドリア病患者由来
iPS 細胞の病的表現型の回復

mtDNAを高頻度で持つiPS 細胞は、神となったパーキンソン病は、異常ミトコン

経幹細胞までは分化できるものの、神経今後の展望

ドリアが原因となっている点でミトコンド細胞にまでは分化できない。これはエネ

PFK1 阻害は、①ミトコンドリア呼吸だ

リア病と共通性があり、ミトコンドリア病

ルギー消費の高い神経細胞では、ミトコ

けでなく乳酸アシドーシスを改善し、②におけるユビキチン化の役割についても

ンドリア機能障害により細胞死が起きる

PPP の亢進によるNADPH 産生が不完検討していきたいと考えている。本研究成ためと考えられる。実験の結果、TLAM

全な呼吸マシナリーを活性化することで果が足掛かりとなって、ヒトの健康寿命のは m.3243A>G あ る い は m.3291T>C

発生するROSによる細胞ダメージを緩延伸に資する新しい方法の開発につなが（3291 番目の塩基が TからCに変異）の

和 することが 期 待 され る。そ の ため、ることが期待される。

コドンの最適度を監視する分子機構を支える
リボソームユビキチン化

図１ Ccr4-Notとリボソームの親和性は最適コドンに強い逆相関を示す。
縦軸はリボソームに対するCcr4-Not 複合体の親和性を、横軸はリボソームのA 部位のコドンを示す。非最適コドン（赤）を含むリボ
ソームは Ccr4-Not 複合体に高い親和性を示し、最適コドン（緑）を含むリボソームは低い親和性を示した。従って、Ccr4-Not 複合体が結合するリボソームのA 部位には、より最適度の低いコドンが存在することが明らかになった。

な 役 割 を 果 た す 複 合 体 で ある。主 に

Ccr4-Not 複合体の変異体を用いて、コ用いた単粒子解析を行った。Ccr4-Not 複

3ʼ UTRに結合するRNA 結合タンパク質

ドンの最適化によるmRNAの安定性制合体のリボソームに結合したサブユニット

を介して、標的 mRNAに結合することで、御について解析した。

の構造は、驚くべき結果であった。Ccr4Not 複合体の構成タンパク質の１つである

ポリA 短鎖化によるmRNA 分解や翻訳抑制を担うことが広く知られている。我々

Ccr4-Not はリボソームのE部位に結合する

Not5が、A 部位にtRNAを含まないリボ

は、Ccr4-Not 複合体のNot4サブユニッ

次に、Ccr4-Not 複合体による翻訳速度

ソームのE 部位に結合していた（図２）。ペトが E3ユビキチンラーゲースとして機能感知のメカニズムを解明することを目的

プチド鎖を転移した後のtRNAは、P 部位

し、リボソームタンパク質 eS7を標的とすに、リボソームに結合したCcr4-Not 複合からE 部位に移行し、最終的にリボソーム

稲田 利文（東京大学 医科学研究所 教授）

るユビキチン化が小胞体ストレス応答に体の構造解析を行なった。松尾博士がから解離する。E 部位のtRNAが存在する

発表論文：

必 須 であることを見 出した。これらのCcr4-Not 複合体とリボソームの巨大複合

頻度は、A 部位へのアミノアシルtRNAのCcr4-Not 複 合 体による翻 訳とmRNA

体 精 製 に 成 功 し、共 同 研 究 者 の結合頻度に比例するため、翻訳速度とE

安定性の制御機構におけるeS7ユビキチ

Beckmann研究室のRobert Buschauer

部位が空になる可能性が高くなると予想

ン化の機能を明らかにすることを目的に君が数年をかけて、クライオ電子顕微鏡をされる。従って、この構造解析の結果は、

The Ccr4-Not complex monitors the translating ribosome for codon optimality
Robert Buschauer, Yoshitaka Matsuo, Takato Sugiyama, Ying-Hsin Chen, Najwa Alhusaini, Thomas Sweet, Ken
Ikeuchi, Jingdong Cheng, Yasuko Matsuki, Risa Nobuta, Andrea Gilmozzi, Otto Berninghausen, Petr Tesina,
Thomas Becker, Jeff Coller, Toshifumi Inada, Roland Beckmann
Science 368, eaay6912 (2020)研究を開始した。

結果

39

背景

長速度は速くなり、合成されるタンパク質解析が多くの生物種で実施され、最適度

mRNAにコードされる遺伝情報は、リも多い。翻訳の伸長速度は発現量の調節が高いコドンを持つmRNAほど安定であボソームによってタンパク質へと変換されだけでなく、合 成されるペプチド鎖 のり、最適度が低いコドンを持つmRNAは

我々は、Ccr4-Not 複合体が特異的にる。多くのアミノ酸は複数のコドンによっ

フォールディングやターゲティングなどと不安定であるという一般則が確立され結合するリボソームによって翻訳されるてコードされており、同じアミノ酸に対応も密接に連動しているため、コドンの選択

た。最適度が高いコドンを持つmRNAほ

mRNAの特徴を調べるために、選択的リするそれぞれのコドンは同義コドンとよばは遺伝子発現において非常に重要な役

ど翻訳の伸長速度が早いため、コドンのボソームプロファイリングによる網羅的解

れ、対応するtRNAの細胞内存在量には割を担っている。

最適度によってmRNAの半減期が決定析を行った。その結果、コドンレベルの解Ccr４-Not 複合体は翻訳速度を直接感知する偏りがある。多く使われるコドンは最適コ

細胞はストレス応答や環境変応答におされることになる。一方で、コドンの最適

析では、Ccr4-Not 複合体とリボソームのドンと呼ばれ、同義コドンが最適かどうかける遺伝子発現を制御において、mRNA

度によって調節される翻訳の伸長速度を親和性がコドンの最適度と非常に強い逆は、対応するtRNAの存在量に従って数量の調節は重要な役割を果たしている。

監視し、個々のmRNAがもつ固有の安定

相 関を示した（図１）。つまりCcr4-Not

値化され、tRNA 量が高いほど最適度が個々のmRNAがもつ固有の安定性は、コ性を決定する機構は依然として不明なま複合体が、より遅い翻訳伸長反応状態の高いと評価される。従って、最適度が高い

ドンの最適度によって調節されることはまであった。Ccr4-Not 複合体はmRNA

リボソームに結合し、mRNAを分解へとコドンが多いmRNAを翻訳するときの伸以前より示唆されていた。近年、詳細なの転写・分解や翻訳抑制において中心的導く可 能 性 が 示 唆 され た た め、次 に

図２ Not5とリボソームの結合様式
左図：クライオ電子顕微鏡を用いたCcr4-Not 複合体とA 部位にtRNAを含まないリボソー
ムの単粒子解析。Ccr4-Not 複合体の構成タンパク質の１つであるNot5 が、リボソームのE部位に結合している。ピンクは Not5のアミノ末端領域、緑は tRNA、黄色は 40Sリボソーマ
ルサブユニット、灰色は 60Sリボソーマルサブユニットを示す。
右図：リボソームのA 部位に非最適コドンが存在する場合、Not5 が E 部位に結合すること
で mRNAの分解を引き起こす。

40

Re a s er c h Re sult

今後の展望

訳を認識する２つの品質管理（RQCとにした。一方で、eS7のユビキチン化の役

細胞は、絶えずストレスや環境の変化

NRD）に共通する分子機構として、①ユビ

割は不明であり、今後解明すべき大きなに適応するため、細胞内のmRNA 量を制

キチンWriterが翻訳停止したリボソーム課題である。

御している。その制御は、mRNAの合成を認 識し特 異 的 部 位 をユビキチン化

タンパク質合成途中の翻訳速度調節のと分解によって行われており、それぞれが（RQC で は uS10, NRD で は uS3）、②

異常は、タンパク質の機能に重大な欠陥

以上の結果から、tRNAを含まないリ

協調的に機能することが重要であること

RQT 複合体がユビキチン化リボソームをを引き起こし、タンパク質恒常性の破綻にボソームの「空の」E 部位にCcr4-Not 複は言うまでもない。本研究により、コドン

認識し、サブユニット乖離をおこすことをつながることは広く知られている。タンパ

合体が結合することで、翻訳速度を感知の最適化によるmRNAの分解制御機構明確にした。また、衝突リボソームによっ

ク質恒常性の破綻は、不良タンパク質のする以下のモデルを提唱している（図４）。

の実態が明らかになり、長年不明であって誘起されるmRNAの分子内切断機構

蓄積やオルガネラの損傷、シグナル伝達

まず翻訳過程において、コドン-アンチコた遺伝情報における同義コドンの存在意であるNGD(No-Go-Decay)にもeS7の経路のかく乱など、広範な細胞機能の障ドンの認識はリボソームのA 部位によっ義がより明確になった。

ユビキチン化が必須である。今回我々は、害を引き起こす。今回の研究成果が、翻キチン化は、コドン最適度依存のmRNA分解に必要であることを示している。
コドンの最適度に依存したmRNA の分解制御機構モデル

図３ Ccr4-Not 依存のeS7のユビキチン化は、コドン最適度依存のmRNA 分解に必要である
異なる割合で最適コドンを含むHIS3レポーター mRNAの安定性を各変異株で測定した結果を示す。Galプロモーターの制御下に各 HIS3（0 / 50 / 100%の最適コドン）を挿入し、グルコース培地に交換することで転写を停止後の残存mRNAの定量により、半減期を測定した。

て行われる。①非最適コドンを翻訳していこれまで我々は、異常翻訳を解消する

Ccr4-Not 複合体が、非最適コドンを翻訳異常によって合成される機能欠損タン

るリボソームでは、対応するtRNA の存

翻訳品質管理機構 RQCと、機能欠損リ

訳中のリボソームに効率よく結合すること

パク質が原因となる疾患の発症機構や老在量が少ないため、A 部位にtRNA が結ボソームを認識し分解する品質管理機

で、コドンの最適度を監視しmRNAの安化のメカニズムを理解するための基盤に合するまでに長い時間が必要となる。②A

NRDを解析してきた。その結果、異常翻定性を制御する分子基盤を初めて明らかなることを期待したい。

部位にtRNA が結合しないため、E 部位
Ccr4-Not 複合体がリボソームと相互作用

チン化は、小胞体ストレス時のmRNAとからtRNA が解 離する。③tRNA が解 離して翻訳速度を感知する可能性を強く示

翻訳制御に重要であるため、我々は、コドし空になったE 部位にCcr4-Not 複合体

唆したため、次に機能解析を進めた。

ン最適度依存のmRNA 安定性制御におが結合し、効率よくmRNAを分解に導く、けるeS7のモノユビキチン化の役割を解と 考 え て い る。以 上 の 結 果 よ り、析した（図３）。Not4 欠 損 株（not4Δ）とCcr4-Not 複合体は、非最適コドンを翻

eS7のNot4 依存ユビキチン化部位の全訳中のリボソームのE 部位に効率よく結次 に 我 々は、コドン 最 適 度 依 存 のリジン残基の変異体（eS7-4KR）では、コ

合することで、コドンの最適度を監視し、mRNA 安 定 性 制 御におけるCcr4-Not

ドン最適度依存のmRNA 分解がほぼ観mRNAの安定性を制御する分子基盤が複合体とリボソームと相互作用の機能を察されなくなり、Ccr4-Not 複合体のリボ

初めて明らかになった。

検証した。大学院生の杉山君が、異なる

ソームへの結合も顕著に低下した。以上

割 合で 最 適コドンを含 むHIS3レポーの結果は、Ccr4-Not 依存のeS7のユビ

eS7ユビキチン化が Ccr4-Not のリボソーム結合に必要である

ター mRNAの半減期を測定した。その
結 果、Ccr4-Not 複 合 体 の 機 能 欠 損によって、最適コドンが多いmRNAでおこる安定化や、最適コドンが少ないmRNAでおこる不安定化がみられなくなった（図３）。Not5 欠 失 株 (not5Δ) や、リボソー
ムのE 部位への結合ドメインの欠失した
Not5の変異株 (Not5-ΔN)では、コドン最適度依存のmRNA 分解に欠損がみられた。Ccr4-Not 複 合 体 の Not5 サブユ
ニットが、コドンの最適度が低いmRNAを翻訳するリボソームに対して強い親和性をもつことで、mRNAを分解に導くことが明らかになった。
eS7のモノユビキチン化はCcr4-NOT複合体内のNot4サブユニット依存であり、Ccr4-Not 複合体とリボソームと相互作用に依存する。またeS7のモノユビキ

41

図４ コドンの最適度に依存したmRNAの分解制御機構モデル①非最適コドンが A 部位に位置したリボソーム。tRNA の存在量が少ないため、A 部位に
tRNA が結合するまでの時間が長い。②A 部位にtRNA が結合しないため、E 部位からtRNA が解離する。③Ccr4-Not 複合体の Not5 サブユニットの N 末端領域が E 部位に結合する。リボソームに結合したCcr4-Not 複合体がポリAを短鎖化する。さらにキャップ構造の除去後にリボヌクレアーゼ Xrn1 が mRNAを分解する。ピンクは Not5のアミノ末端領域、マジェンダは E 部位に結合したtRNA、緑は P 部位に結合したtRNA、黄色は 40Sリボ
ソーマルサブユニット、灰色は 60Sリボソーマルサブユニット、オレンジは mRNAを示す。

42

L abor ator y東北大学 大学院理学研究科化学専攻
有機化学第一研究室

愛媛大学・プロテオサイエンスセンター
無細胞生命科学部門

高岡 洋輔

高橋 宏隆

2020 年 4月より、化学専攻 有機化学第一研究室（主宰：

相互作用を選択的に阻害するステープルペプチドを開発して私の所属する愛媛大学プロテオサイエンスセンター・無細上田 実 教授）にて講師から准教授に昇進させていただきまきました。これらのケミカルツールは、当研究室に所属する

胞生命科学部門は、澤崎達也教授が中心となって、コムギ無した。助教までは動物細胞内でのタンパク質化学修飾や活学生さんそれぞれが中心になって、ともに悪戦苦闘しながら

細胞タンパク質合成系（コムギ無細胞系）による組換えタンパ性を検出するケミカルプローブなどを開発してきましたが、現合成・機能解析してくれたものです。上田研究室では、天然

ク質の合成と、それらを用いた生化学的解析の技術開発を行所属になってからはその技術・知識を活かして、植物ホルモ物全合成・ペプチド合成・ケミカルバイオロジーを専門とすなってきました。私はこの研究室に2006年よりポスドクとしてンを介したケミカルバイオロジー研究に携わっています。まずる教員とともに、機能性小分子を自ら合成し、実際に植物を勤務したのが始まりでした。その後、シンガポール国立大でのはその内容について、簡単にご紹介させていただきます。

栽培して個体内における機能を遺伝子・タンパク質レベルで３年の留学を経て、2013 年より同研究室の助教に赴任し、植物ホルモンとは、植物自身が作り出し、ごく微量で植物機能解析する、まさに植物ケミカルバイオロジー研究を展開

2021年 4月より准教授に昇進させて頂きました。本領域の先体内の生理応答・情報伝達を担う重要な天然有機小分子

しています（写真は研究室で活躍中のペプチド合成機と、植生方をはじめ、多くの方々に支えられて今回の昇進となりましですが、その多くはユビキチンリガーゼとその基質との複合物を栽培する人工気象器）。個々の技術は、自分の経験からた。この場をお借りしまして厚く御礼申し上げます。

体を形成させる分子糊として機能します。この基質には転写言っても植物・動物を問わず汎用的なもので、有機化学的

私がユビキチン研究を始めたのは前述のポスドクの時で、コ

れば基本的に何をやっても良いという気風で、私の研究テーマを制御する因子が複数存在するために、ごく微量でも様々なな視点でバイオロジーを制御・理解する人材の育成に通ず

ムギ無細胞系でE2やE3リガーゼを合成し、in vitroで活性を以外にも、澤崎教授とポスドクの山中聡士君（本領域・公募

遺伝子の転写を調節することができますが、これら因子の種るものであると思います。僕自身も本領域会議などに参加さ検出するのが最初のミッションでした。当時の研究室はユビキ

班）のグループは化合物によるタンパク質分解誘導の研究を、類は膨大で、それぞれの遺伝的冗長性の問題や、それぞれせていただいて、ユビキチン領域研究の面白さ・奥深さを強チン実験に関するノウハウに乏しく、文献を参考に手探りで実また植物を研究対象とするグループもあります。一つの研究室がクロストーク制御を受けているなどで、その作用機構は非く実感していますが、あえてこれからも化学的な視点を大事

験系を組み上げていました。悪銭苦闘の末、E2タンパク質のにしてはかなり幅広い研究テーマですが、これは好意的に捉え常に複雑に制御されています。このような背景から植物ホルにしながら、これまでにない「植物個体で真に使えるケミカ

ユビキチン化を初めてウェスタンブロットで検出できた時の、れば、コムギ無細胞系を武器に様々な研究分野に果敢に挑戦

2020年度の卒業式の写真（コロナ感染対策で、集合写真は屋外にて短時間で写真撮影を行いました）。撮影後の写真を見て、教授を差し置
いて私がセンターに居座っていることに気付きました。ごめんなさい・・。

私が所属する研究室ですが、解析対象が「タンパク質」であモン研究でも、一過的かつ選択的に標的タンパク質の機能

ルツール」「多対多のタンパク質間相互作用ネットワークのTyphoonのパソコン画面に出現した猛烈なラダーバンドは今しているとも言えますし、悪く言えば節操がないとも言えます。

を制御する「ケミカルツール」の重要性がますます高まって

一部を選択的に制御する技術」の開発を目指して、これまででも鮮明に覚えています（図）。当時の研究室ではリン酸化が学生は学部生・修士学生が20 名近く在籍しており、研究室います。我々も植物ホルモンに関する転写を選択的に制御す以上に植物ケミカルバイオロジー研究に没頭したいと思って主流な解析対象でしたが、私は一分子が8,600 Daの修飾因の雰囲気は非常に自由で明るく、学生は（教員も？）特にコア

る機能性分子として、ユビキチンリガーゼと基質との選択性います。今後ともどうぞよろしくお願いします。

子が連なるド派手な翻訳後修飾に、完全に魅了されました。

タイムなどは無く、土日の実験も完全に自己判断に任されてい以降、炎症シグナルやウイルス感染におけるユビキチン化の役ます。そんな中でも、もともと真面目な学生が多い愛媛大学で、割の解明に向けて、コムギ無細胞系による生化学的手法を基さらに澤崎教授の独特の人身掌握術も相まって、学生の多く

盤に研究を進めています。

は熱心に研究に取り組んでくれております。これまでの研究室を改変する小分子や、転写調節因子・転写因子間の一部のの業績の多くは、熱心な学生の頑張りに支えられています。
また、コムギ無細胞系を用いた生化学的解析技術を基盤に、国内外の多くの先生方と共同研究を進めてさせて頂いております。そのため、本州から隔絶され、東京や大阪などの大都市から遠く離れた愛媛の地にあって、様々な分野の第一線で活躍されている著名な先生方や新進気鋭の若手研究者と密に交流させて頂いており、非常に恵まれた環境です。また2019 年より本領域に参加させて頂き、ユビキチン研究の交流の輪が更に広がり、改めて領域研究の素晴らしさを実感しております。
この恵まれた研究環境で今後もユビキチン研究に邁進してペプチド合成機（左）と人工気象器（右）の写真

43

ポスドク時代にユビキチン化を始めて検出した時の、実際の実験ノー
トのコピー。論文では何度も見ていましたが、実際に自分でやってみると感動もひとしおです。

いく所存ですので、今後とも宜しくお願い申し上げます。最後に、このような素晴らしい環境を与えて頂き、好き勝手に研究をさせて下さっている澤崎教授には心より感謝申し上げます。

44

L abor ator y

Inf or mation

大阪市立大学大学院医学研究科分子病態学
准教授に昇進しました
及川 大輔

学会活動報告第 1 回ケモユビキチン若手主体発表会
日時：2020 年 7月30日
会場：オンライン2020 年 7月1日付けで、大阪市立大学大学院医学研究で見出したHOIPIN-8、そしてHOIPIN-8の作用機序の解析

科分子病態学 ( 徳永文稔教授 研究室 )の准教授に昇進しまと病態抑制効果などを報告することが出来ました。先方の都した。日々ご指導頂いている徳永文稔教授、また、本領域の合もあり論文を細分化して発表することになり、インパクトと先生方に心より感謝いたします。

しては今一歩な感が否めませんが、ある程度「使える」化合

私がユビキチン研究に携わることになったのは、2013 年

物を見出すことが出来たと感じています。構造解析では、佐4月に、次の所属先が決まらず焦りと不安で切迫していた折、藤裕介先生、深井周也先生に大変お世話になりました。また、徳永教授に特任助教として拾って頂いたことがきっかけです。

ユビキチン定量 MS 解析では、大竹史明先生、佐伯泰先生

研究室に所属してからしばらく、地道に実験を続け、オプチに助けて頂き、何とか論文を発表することが出来ました。こニューリン（OPTN）に出会うことが出来ました。周囲の先生の場を借りて深く感謝いたします。

方に解析手法を聞いて試行錯誤を繰り返し、培養細胞でのこの期間に、ユビキチン研究会に参加できたことも非常に

NF-κBシグナルや細胞死解析までは何とか進めることがで大きな刺激になりました。私個人として初めてのユビキチン

きましたが、生理的な重要性を明らかにできず、今一歩のとの専門家の方々の前での発表で非常に緊張しましたし、質ころで伸び悩んでいました。

疑応答含め、後から色々とご指摘頂くこともありました。領域

そんな中、和歌山県立医科大学脳神経内科の伊東秀文先代表の佐伯先生と初めてお話させて頂いたのもユビキチン

生が前橋で講演する機会があると聞きつけ、徳永先生と二研究会後の飲み会でしたし、後に徳永研究室に助教として人で講演先のホテルに伺いました。幸運にも共同研究の話着任する清水先生とお会いしたのもこの会でした。また、切が進み、筋萎縮性側索硬化症（ALS）患者サンプルの解析

磋琢磨し続ける同年代の研究者に会い、非常に熱い刺激をから、直鎖状ユビキチン鎖とOPTN、ALSという新たな連関受けたことは今でも良い財産です。

を見出し、2016 年にやっと論文を発表することができました。

現在、研究室には徳永教授含め11 名が所属しています。

世話人：山野 晃史（都医学研）、佐伯 泰（都医学研）
講演者：伊藤 拓水（東京医科大・准教授）、大竹 史明（星薬科大・准教授）、林 剛介（名古屋大・准教授）、山野 晃史（都医学研・主席研究員）

第 93 回日本生化学会大会
新学術ケモユビキチン共催シンポジウム「New frontier for ubiquitin biology driven
by chemo-technologies」
日時：2020 年 9月14日〜16日
会場：オンライン
オーガナイザー：佐伯学院大）泰（都医学研）、沖米田 司（関西

講演者：佐伯 泰（都医学研）、沖米田 司（関西学院大）、
大竹 史明（星薬科大）、山野 晃史（都医学研）、伊藤拓水（東京医科大）、大岡 伸通（国立衛研）、及川 大輔（大阪市立大）、高橋 宏隆（愛媛大）第 93 回日本生化学会大会
プロテインキナーゼシグナリング研究の新たな挑戦
日時：2020 年 9月14日〜16日
会場：オンライン
オーガナイザー：松沢 厚（東北大）

リバイスの際には、愛媛大学の高橋宏隆先生にも大変お世

スタッフは、徳永教授と准教授（私）1 名、助教 2 名。医学部

話になりました。この実績を基に、小さいながらも研究グランという、自分の学生時代とは異なる環境での学生指導に困第 79 回日本癌学会学術総会

トをいくつか獲得し、学会賞を頂くこともできました。指導し惑する場面も多々ありますが、社会人博士課程を含め数名

日時：2020 年 10月1日〜3日てくださった先生方に心から感謝致します。

の大学院生を受け入れています。ユビキチンコード、炎症、細2016 年に徳永研究室が現在の大阪市立大学に移ったの胞死という視点から、病態形成・疾患発症の分子機序の解を機に、阻害剤の開発も加速しました。中でもLUBAC 阻害

明を目指して研究を進めています。今後も、領域の進展に少剤は、JT 医薬探索研究所の坂本信二所長との共同研究で、しでも貢献できればと思っています。

シード化合物としてのHOIPIN-1の同定や、誘導体解析の中

会場：オンライン

第 2 回ケモユビキチン若手主体発表会
日時：2020 年 2月22日
会場：オンライン
世話人：山野晃史（都医学研）、佐伯泰（都医学研）講演者：冨田 拓哉（都医学研・主任研究員）、伏屋 康寛（京都大学・特定助教）、尾勝 圭（京都大学・助教）、渡部 昌（北海道大学・講師）、古畑 隆史（東京大学・助教）

新学術ケモユビキチン第 4 回班会議
日時：2020 年 2月23日〜24日
会場：オンライン
世話人：佐伯 泰（都医学研）

日本薬学会 第 141 年会「多様なストレスに対する生体適応の仕組みと疾患制御」
日時：2021 年 3月26日〜29日
会場：オンライン
オーガナイザー：松沢 厚（東北大）、今井 浩孝（北里大薬）

日時：2020 年 12月2日〜4日

日時：2021 年 5月26日〜28日

オーガナイザー：及川 大輔（大阪市立大）、高橋 宏隆（愛媛大）
講演者：高橋 宏隆（愛媛大）、秦 裕子（東京大）、Kim
Minsoo（京都大）、佐藤 裕介（鳥取大）、安田 柊（東京大）、遠藤 彬則（都医学研）、伏屋 康寛（京都大）

45

会場：オンライン
オーガナイザー：伊藤 幸裕（大阪大）、内藤 幹彦（東京大）第 43 回日本分子生物学会年会
会場：オンライン

ラボスタッフ写真。左から寺脇助教、徳永教授、私、清水助教。本学の白衣授与式スタイルで撮ってみました。

日時：2021 年 2月5日

第 25 回日本がん分子標的治療学会学術集会
TPDシンポジウム「ユビキチン創薬」

オーガナイザー：内藤 幹彦（東京大）、菅 裕明（東京大）新学術ケモユビキチン共催ワークショップ「多彩な生理機能を発揮するユビキチンコードのバイ
オロジー」

WB の 検 出 で 毎 日 使 い 倒 してい るLAS（左）とFUSION（右）。
FUSIONの導入により検出感度が上がり、ユビキチン化スメアバンドの検出が少しラクになりました。

産研テクノサロン
新学術ケモユビキチン共催ワークショップ「タンパク質をぶっ壊せ！！：新しい創薬基盤技術
研究」

会場：オンライン
モデレーター：出水庸介（国立衛研）、内藤幹彦（東大）
講演者：内藤 幹彦（東大）、冨成 祐介（ファイメクス株式会社）、大竹 史明（星薬科大）、伊藤 拓水（東京医科大）、
笠原 広介（三重大）

日本生化学会東北支部 第87回例会・シンポジウ
ム
特別講演「プロテアソームの機能制御と病態」
日程：2021 年 5月29日（土）会場：オンライン
講演者：村田茂穂（東京大）46

S c hed ule

ア ウトリー チ 活 動

今後の関連ミーティング・シンポジウム情報

2020 年度東京工科大学バーチャルオープンキャ
ンパス「応用生物学部研究紹介」「応用生物学部の広場」高校生対象 Web 開催

ライフサイエンスWeb 研究塾（羊土社＆MERCK）第 2 回デザイナー細胞＆プロテインノッ
クダウン「プロテインノックダウン入門」

日程：2021年11月3日（水）〜5日（金）世話人：岡田 麻衣子（東京工科大）

日程：2021 年 1月20日

場所：パシフィコ横浜ノース（みなとみらい）京都大学オープンキャンパス【オンライン開催】
結晶化実験のライブ配信（高校生向け）
日程：2020 年 8月7日
世話人：深井 周也（京都大）

東京大学先端科学技術研究センター バーチャル先端研公開 2020
研究室に行こう！
「生命分子の急所を狙撃する小さなスナイパーたち 〜生命を知るための合成化学〜」、
学ぼう！
「紙でDNAを作ろう！」
世話人：岡本 晃充（東京大）高校生のための東京大学オープンキャンパス（一般向け講演）世話人：内藤 幹彦 ( 東京大 )2020 年度第 5 回都医学研都民講座（オンライン）「がんを「治す」への挑戦：悪いタンパク質を狙って壊す新戦略」（タンパク質を狙って壊す細胞内のしくみ）（がん細胞のタンパク質を壊す薬の開発）
日程：2021 年 2月12日
世話人：佐伯 泰 ( 都医学研 )、内藤幹彦 ( 東京大 )京大化学教室オンラインセミナー「化学で未来を考えよう〜身近なものから感じる最先端の化学〜」
第 2 回「タンパク質の形と生命の仕組み」
（一般向
け講義）
日程：2021 年 2月19日

第94回日本生化学会大会
https://www2.aeplan.co.jp/jbs2021/

領域関連
大竹先生と深井先生が本新学術領域の共催ワークショップ「躍動するユビキチンコード研究」をオーガナイズします。本領域からは佐伯先生、西山先生、大竹先生、深井先生がケ
モユビキチン研究を紹介します。

Paciﬁchem2021 “The Chemical Biologyof Ubiquitination: Structures, Dynamics
and Mechanisms”
https://paciﬁchem.org/
日程：December 16-21, 2021
場所：Honolulu, Hawai, USA (オンラインとのハイブリッド
イベントとして開催)
領域関連
本領域からは深井先生が講演予定です。

第44回日本分子生物学会年会
https://www2.aeplan.co.jp/mbsj2021/
日程：2021年12月1日（水）〜 3日（金）場所：パシフィコ横浜
領域関連
佐伯先生と内藤先生が本新学術領域の共催シンポジウム「躍進するユビキチンケモテクノロジー研究」をオーガナイズ
します。本領域からは佐伯先生、内藤先生、伊藤拓水先生、
大竹先生、林先生、池田先生がケモユビキチン研究を紹介します。

世話人：深井周也 ( 京都大 )

日程：2020 年 9月22日
世話人：村田 茂穂（東京大）2020 年度東京工科大学 学部・大学院案内「研究紹介」（高校生対象） Web 開催
日程：2020 年 12月
世話人：岡田 麻衣子（東京工科大）

ケモユビキチン国際会議延期のお知らせ
本新学術領域研究主催の国際会議 Ubiquitin New Frontier “from Neo-Biology to Targeted Protein
Degradation” は新型コロナウイルスの感染拡大を受けまして、さらに1 年間延期することに決定しました。
新しい開催日程は決定次第、ホームページなどを通じてお知らせする予定です。本領域関係者ならびに本国際会議に参加予定のみなさまには、多大なご迷惑をおかけいたしますが、何卒ご理解をご理解賜りますようお願いいたします。
ケモユビキチン国際会議組織委員一同

47

48

編集後記
「ケモユビキチン」のニュースレター第3号が完成しました。
2021年4月から新たな公募班員を迎え、引き続きユビキチンと有機化学の融合による本領域の発展を期待したいと思います。
本号でも、多くの班員の方や関係の先生方に、研究紹介や研究成果を執筆していただきました。
ご協力をいただきました皆様、ありがとうございました。
お気付きの方もおられると思いますが、本号表紙の中央にある化合物構造式は、大阪市立大学の及川先生らによって見出されたLUBACの阻害剤「HOIPIN-8」です。
ケモユビキチンも折り返し地点を過ぎ、ユビキチン反応を制御できる様々な化合物が取得されつつあると思います。
研究成果欄のみならず、表紙にも反映させていきま
すので、「ぜひ表紙に！！」という新規化合物などがあればご連絡ください。
また、皆様の研究に関連したミニレビュー、
学会参加報告、本ニュースレターの誌面に活用できるお写真などのご寄稿は常時、お待ちしておりますので、ご提供よろしくお願いします。
さて、話は大きく変わりますが…
漫画家の冨樫義博は「HUNTERxHUNTER」
や「レベルE」「、幽遊白書」などを代表作とする漫画家で、いずれもテレビアニメ化されています。
特に「幽遊白書」
は累計

Ubiqu itin n ew fron tierdriven by

Chemo-technologies

Newsletter
2018-2022年度 文部科学省
科学研究費補助金 新学術領域研究

ケモテクノロジーが拓く
ユビキチンニューフロンティア

発行部数5000万部を突破するヒット作で、40代なら詳しい方も多いのではないでしょうか。
主人公の浦飯幽助は霊界探偵として、
闇世界の武術会に参加します。
決勝戦の相手、
戸愚呂チームの先鋒
「鴉
（からす）
」
は火薬を操る爆弾使いですが、普段は鼻や口元を完全に隠してしまうマスクを着用しています。
彼の場合、マスクは暴走する破壊力のリミッターとして機能しており、彼の素顔を見たものはほとんどいません。
私の所属する都医学研にも毎年、新しい仲間が加わります。
このコロナ渦において、都医学研ではマスク着用を徹底しており、（冗談ではなく）新規参入メンバーの素顔を知りません。新聞やニュースでも毎日のように取り上げられている新型コロ
ナウイルスですので、編集後記でコロナについて記述するのは憚られるところですが、それでも2020年の私生活から研究活動まで、あらゆる場面において影響を及ぼしたので、書いてしまいました。
一刻も早くコロナが終息し、素顔で研究活動が再開できる日を願うばかりです。
（山野）

2018-2022年度 文部科学省科学研究費補助金 新学術領域研究

ケモテクノロジーが拓く
ユビキチンニューフロンティア
ニュースレター第３号

2021年6月発行

編集人

山野 晃史（東京都医学総合研究所）

発行人

佐伯

発行所

新学術領域「ケモユビキチン」領域事務局
東京大学大学院薬学系研究科 蛋白質代謝学教室〒113-0033 東京都文京区本郷7-3-1

TEL

03-5841-4800

E-MAILubiquitin@mol.f.u-tokyo.ac.jp

印刷所

株式会社トライス

領域ホームページ

http://www.ubiquitin.jp/

泰（東京都医学総合研究所）

3

June 2021