翻訳後修飾によるNotchシグナル活性調節機構の解明
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研究代表者 伊藤素行 千葉大学薬学研究院 http://www.p.chiba-u.ac.jp/lab/seika/ |
【研究概要】
Notchシグナルは進化上保存された細胞間シグナル伝達経路で、多様な組織の発生、恒常性維持に関わっており、その破綻により、遺伝性脳小血管病（CARASIL),アラジール (Allagille) 症候群 (黄疸や心血管、椎体、眼球の異常）などの遺伝病の原因となることが知られている。また、Notchシグナルの過剰活性化変異により、T-ALL（T細胞急性リンパ性白血病）、Notchシグナルの活性低下型変異により、皮膚がんの一種の基底細胞がん(basal cell carcinoma)となることが知られており、Notchシグナルはその作用する組織によって、がん遺伝子ともがん抑制遺伝子ともして働きうる両面性を持っている。
Notchシグナルの活性化は、隣接する細胞に発現する膜蛋白リガンド、Delta, JaggedがNotch受容体と結合した後、細胞膜領域で切断されることに始まる。その後、Notch細胞内ドメイン(NICD)が核内へ移行し、DNA結合蛋白質CSL(CBF1/Su(H)/Lag2)、活性化補助因子MAM(Mastermind)と複合体を形成、標的遺伝子の転写を活性化する 。Notchシグナルは、多様な組織での発生段階で繰り返し利用され、翻訳後修飾を含む様々なレベルで巧妙な活性調節が行われている。従ってこれらの翻訳後修飾の仕組みを詳細に知ることは、遺伝病病態の改善、再生医療、癌治療に貢献する可能性を持つ。 これまでに、我々は、Notchシグナルの翻訳後修飾調節として、リガンドのユビキチン化がNotchシグナルの活性化に重要である事、NLKキナーゼによるNotch1のリン酸化がシグナル抑制に働く機構などを解明した（図）（Itoh M. et al.,” Developmental Cell, (2003):, Yamamoto M et al., Development, (2010), Ishitani T. et al., Nature Cell Biology, (2010)。これらの研究過程でユビキチンリガーゼによる未知のユビキチン化制御機構やキナーゼによるリン酸化とシグナル活性調節など未解明のNotchシグナル調節機構の存在を示唆するデータが得られた。しかしながら、これら翻訳後修飾がNotchシグナルのどのような生理機能を調節するか、また、時空間レベルでNotchシグナル活性とどう関連しているのかは、不明である。
本研究では、 翻訳後修飾であるユビキチン化とリン酸化に焦点をあて、Notchシグナルを調節する新規の未解明調節分子機構の解明を目指す。同時に、その未解明調節機構が関与する生理機能を解明するため、神経細胞分化やがん細胞増殖への作用を解析する。
ユビキチン化とリン酸化によるNotchシグナルの活性制御
参考文献
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- Yamamoto M, Morita R, Mizoguchi T, Matsuo H, Isoda M, Ishitani T, Chitnis AB, Matsumoto K, Crump JG, Hozumi K, Yonemura S, Kawakami K, Itoh M. Mib-Jag1-Notch signalling regulates patterning and structural roles of the notochord by controlling cell-fate decisions. Development. 2010, 137:2527-37.
- Sugiyama K, Nishide K, Matsuo H, Okigawa S, Okano M, Ishitani T, Matsumoto K, Itoh M. Delta1 family members are involved in filopodial actin formation and neuronal cell migration independent of Notch signaling. Biochem Biophys Res Commun. 2010, 398：118-124.
- Ishitani T, Hirao T, Suzuki M, Isoda M, Ishitani S, Harigaya K, Kitagawa M, Matsumoto K, Itoh M. Nemo-like kinase suppresses Notch signalling by interfering with formation of the Notch active transcriptional complex. Nat. Cell Biol. 2010, 12:278-285.
- Ishitani T., Matsumoto K., Chitnis AB., Itoh M. Nrarp functions to modulate neural-crest-cell differentiation by regulating LEF1 protein stability. Nat. Cell. Biol. 2005, 7:1106 – 1112.
- Itoh, M., Kim C-H., Palardy G., Oda T., Jiang Y-J., Maust D., Yeo S-Y., Lorick K., Wright G.J., Ariza-McNaughton L., Weissman A.M., Lewis J., Chandrasekharappa S.C. and Chitnis A.B#. Mind bomb is a ubiquitin ligase that is essential for efficient activation of Notch signaling by Delta. Dev. Cell., 2003, 4:67-82
