p97タンパク質を利用した特異的プロテオリシスを介した新規プロテアソーム分解システムの開発

Core Concepts

p97 ATPaseを利用したユビキチン非依存的なタンパク質分解システムの開発

Abstract

本研究では、p97 ATPaseを利用した新規のプロテアソーム分解システム(p97 PROTAC)を開発した。p97 PROTACは、p97アダプター蛋白質のUBXドメインとナノボディを融合させた人工的なアダプターで、ターゲットタンパク質を p97に結合させ、プロテアソームによる分解を誘導する。 具体的には以下の知見が得られた: p97 PROTACは、細胞内の様々な局在を持つタンパク質(核内、核膜、転写因子など)を効率的に分解できる。 p97 PROTACは、53BP1などのリキッド-リキッド相分離構造に局在するタンパク質の分解も可能である。 p97は神経変性疾患の病態に関与する凝集体の分解にも利用できる可能性がある。p97は脳内の関心領域(大脳皮質、海馬、黒質)に広く発現している。 p97 PROTACによる分解は、ユビキチン化非依存的に進行する。p97の ATPase活性は必須ではない。 以上より、p97 PROTACは従来のユビキチンリガーゼ依存的なPROTACとは異なる新しい分解システムであり、大型複合体や膜タンパク質、凝集体の分解に有用な可能性がある。

Stats

p97 PROTAC (UBX-Nb(GFP))は、GFP融合タンパク質(GFP-Coilin、GFP-Emerin、GFP-ETV1)の発現を有意に減少させた。 p97 PROTAC (UBX-Nb(GFP))は、53BP1-YFPノックインU2OS細胞において、53BP1の発現を有意に減少させた。 p97は、マウス、ラット、サルの脳の大脳皮質、海馬、黒質線条体に広く発現している。

Quotes

"p97 adapters and cofactors lead to the specific recognition of ubiquitin-modified and unmodified substrates along with simultaneous entry into the central pore of p97 hexamers, followed by unfolding and subsequent proteasomal degradation." "Consistently, no degradation was observed when the GFP nanobody was replaced by a negative control nanobody." "Ultimately, the segregase and unfoldase activity of p97 in the brain could be advantageous for p97-PROTAC-based targeted degradation of toxic protein aggregates, especially for neurodegenerative diseases."

Key Insights Distilled From

Specific proteolysis mediated by a p97-directed proteolysis-targeting chimera (PROTAC)

by Salinas-Rebo... at www.biorxiv.org 03-09-2024

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.03.08.584142v1

Deeper Inquiries

p97 PROTACは、ユビキチン化非依存的な分解機構を利用するが、その詳細なメカニズムはまだ不明である

p97 PROTACは、ユビキチン化非依存的な分解機構を利用するため、その詳細なメカニズムについてさらなる検討が必要です。p97のATPase活性が必須ではない理由は、おそらくp97がタンパク質の分解において、単にタンパク質をプロテアソームに送り込む役割を果たすためかもしれません。p97は、タンパク質の複合体を解体し、タンパク質をアンフォールディングすることで、プロテアソームへの分解を促進します。このプロセスは、p97のATPase活性に依存するのではなく、単にタンパク質の送り込みとアンフォールディングに焦点を当てている可能性があります。さらなる研究によって、この非依存的な分解機構の詳細を理解することが重要です。

p97の ATPase活性が必須ではない理由についてさらなる検討が必要だろう

p97 PROTACの神経変性疾患への応用について、実際の疾患モデルでの有効性や安全性を評価するためには、いくつかのステップが考えられます。まず、神経変性疾患の細胞や動物モデルでp97 PROTACの効果を評価する必要があります。これにより、タンパク質凝集体や神経変性に関連するタンパク質の分解がどのように促進されるかを調査できます。さらに、安全性評価として、p97 PROTACが正常な細胞や組織に与える影響を検討する必要があります。動物モデルでの毒性試験や組織学的解析を通じて、治療効果と副作用のバランスを評価することが重要です。

p97 PROTACは、神経変性疾患の治療に応用できる可能性があるが、実際の疾患モデルでの有効性や安全性をどのように評価すべきか

p97 PROTACの応用範囲は、凝集体やLLPS構造に限定されず、さまざまな生物学的プロセスや疾患への応用が考えられます。例えば、がん細胞内の特定タンパク質の分解や、炎症性疾患における炎症性サイトカインの制御などが挙げられます。また、代謝性疾患や免疫疾患における特定タンパク質の制御も可能性があります。さらに、p97 PROTACは細胞内のタンパク質ネットワークの調節にも応用できるため、細胞シグナル伝達や代謝経路の制御にも有用性が期待されます。そのため、p97 PROTACの応用範囲は広範囲にわたり、さまざまな生物学的プロセスや疾患に対する新たな治療法の可能性を秘めています。