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研究チーム

山中 聡士

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

有井 潤

研究代表者 山中 聡士

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/

研究概要

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。
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 proximity-dependent 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。

研究概要を示す模式図

研究概要を示す模式図

代表的な論文

  1. Yamanaka S, Sato Y, Oikawa D, Goto E, Fukai S, Tokunaga F, *Takahashi H,  *Sawasaki, T.
  2. Subquinocin, a small molecule inhibitor of CYLD and USP-family deubiquitinating enzymes, promotes NF-κB signaling.
    Biochem. Biophys. Res. Commun. 524, 1-7 (2020)
    PMID: 31898971
  3. Kido K, Yamanaka S, Nakano S, Motani K, Shinohara S, Nozawa A, Kosako H, Ito S,  *Sawasaki T.
  4. AirID, a novel proximity biotinylation enzyme, for analysis of protein-protein interactions.
    eLife 9, e54983 (2020)
    PMID: 32391793
  5. Yamanaka S, Shoya Y, Matsuoka S, Nishida-Fukuda H, Shibata N, *Sawasaki T.
  6. An IMiD-induced SALL4 degron system for selective degradation of target proteins.
    Commun. Biol. 3, 515 (2020)
    PMID: 32948804
  7. Furihata H, Yamanaka S, Honda T, Miyauchi Y, Asano A, Shibata N, *Tanokura M, *Sawasaki T, *Miyakawa T.
  8. Structural bases of IMiD selectivity that emerges by 5-hydroxythalidomide.
    Nat. Commun. 11, 4578 (2020)
    PMID: 32929090
  9. Yamanaka S, Murai H, Saito D, Abe G, Tokunaga E, Iwasaki T, Takahashi H, Takeda H, Suzuki T, Shibata N, Tamura K, *Sawasaki T.
  10. Thalidomide and its metabolite 5-hydroxythalidomide induce teratogenicity via the cereblon neosubstrate PLZF.
    EMBO J 40, e105375 (2021)
    PMID: 33470442