Keap1-Nrf2制御系によるストレス応答の動的構造基盤の解明

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生体は酸化ストレスや環境毒物(多くは親電子性物質)ストレスに対して、素早く応答・対応して恒常性を維持している。これらのストレスに対する応答系の破綻は様々な疾患発症と密接に関わる。ストレスセンサーKeap1は、転写因子Nrf2のユビキチン化反応を制御して生体防御の中心的役割を担う鍵因子である。これまでにKeap1-Nrf2制御系による親電子性物質や活性酸素種の感知に重要なセンサーシステイン残基が同定されたが、同制御系の活性調節機構は未だ不明である。本研究は、ストレス応答における Nrf2活性の調節機構の分子基盤解明を目的とする。X線結晶構造解析およびクライオ電子顕微鏡解析により Keap1全長の構造を明らかにする。さらに、Keap1がストレスを認識すると、どのようにNrf2のユビキチン化反応が停止するのか明らかにし、Keap1-Nrf2制御系によるストレス応答の分子メカニズム解明を目指す。これまでKeap1の全長構造は明らかになっていないが、その原因としてKeap1は25個のシステイン残基を保持しており、それらが酸化して凝集 しやすく精製・調製が難しいことが考えられる。そこで、私たちは反応性の高いものを含むシステイン残基11個を欠失した変異体 Keap1-11Cys -less を作製した。その結果、溶液中で安定なKeap1全長タンパク質を調製することに成功した。この Keap1-11Cys-less分子では、Nrf2をユビキチン化する リガーゼ活性は保たれており、安定発現細胞株の作製により、Nrf2が恒常的に分解されていることを確認した。Keap1に加えて、Cul3や Nrf2のタンパク質発現、精製、結晶化を行い、X 線構造解析を実施した。また、クライオ電子顕微鏡法を用いて本複合体の構造解析を実施した。