一酸化炭素によるタンパク質メチル化修飾を介した糖代謝制御と細胞機能制御の解明

がん細胞は、糖代謝律速酵素であるPyruvate kinase M2(PKM2;がん細胞および幹細胞特異的なアイソフォーム)がリン酸化され、活性抑制を受けることにより、糖の利用をエネルギー産生から脂質や核酸などの産生へとシフトし、細胞増殖を促進することが明らかとなってきている。本研究では、がん細胞における細胞増殖の調節機構の1つとして、ガス状メディエーターである一酸化炭素(CO)が、PKM2を翻訳後修飾の1つであるメチル化修飾を行うことで活性を上昇させ、糖代謝の調節、および細胞増殖の抑制をおこなっている、という仮説を明らかとすることを目的とし、研究を行ってきた。本研究では、PKM2のメチル化修飾を受けるアルギニン残基の同定、メチル化修飾による活性の上昇の検証を主に行ってきた。まず、メチル化修飾を受けるアルギニン残基の同定を試みた。すると、PKM2のC末の3つのアミノ酸残基がメチル化されることが分かった。PKM2のC末領域は活性型4量体形成に必須なドメインであり、活性調節にメチル化が関与することが示唆された。次に、作成したリコンビナントPKM2のメチル化修飾による活性変化を検証した。野生型PKM2はメチル化修飾を受けることにより、約25%の活性上昇を行うことが分かった。また、メチル化修飾を受けるアルギニン残基3か所に変異を導入したPKM2では、メチル化処理による活性上昇は見られなくなった。また、メチル化PKM2特異的抗体の作成を行い、細胞内におけるメチル化PKM2の検出を試みたが、良い抗体ができなかったため、検出することができなかった。本研究結果から、PKM2がin vitroにおいてメチル化修飾を受けると活性の上昇が起こるデータを示すことができた。しかしながら、どのような機構で活性上昇が起こるのかはまだ検証段階である。

がん細胞は、糖代謝律速酵素であるPyruvate kinase M2(PKM2;がん細胞および幹細胞特異的なアイソフォーム)がリン酸化され、活性抑制を受けることにより、糖の利用をエネルギー産生から脂質や核酸などの産生へとシフトし、細胞増殖を促進することが明らかとなってきている。本研究では、がん細胞における細胞増殖の調節機構の1つとして、ガス状メディエーターである一酸化炭素(CO)が、PKM2を翻訳後修飾の1つであるメチル化修飾を行うことで活性を上昇させ、糖代謝の調節、および細胞増殖の抑制をおこなっている、という仮説を明らかとすることを目的とし、研究を行ってきた。本研究では、PKM2のメチル化修飾を受けるアルギニン残基の同定、メチル化修飾による活性の上昇の検証を主に行ってきた。まず、メチル化修飾を受けるアルギニン残基の同定を試みた。すると、PKM2のC末の3つのアミノ酸残基がメチル化されることが分かった。PKM2のC末領域は活性型4量体形成に必須なドメインであり、活性調節にメチル化が関与することが示唆された。次に、作成したリコンビナントPKM2のメチル化修飾による活性変化を検証した。野生型PKM2はメチル化修飾を受けることにより、約25%の活性上昇を行うことが分かった。また、メチル化修飾を受けるアルギニン残基3か所に変異を導入したPKM2では、メチル化処理による活性上昇は見られなくなった。また、メチル化PKM2特異的抗体の作成を行い、細胞内におけるメチル化PKM2の検出を試みたが、良い抗体ができなかったため、検出することができなかった。本研究結果から、PKM2がin vitroにおいてメチル化修飾を受けると活性の上昇が起こるデータを示すことができた。しかしながら、どのような機構で活性上昇が起こるのかはまだ検証段階である。