1.リン酸化プロテオーム解析法の開発によるプロテインキナーゼの標的基質の網羅的同定とその生理機能の解析

細胞内において、多くのタンパク質はプロテインキナーゼによるリン酸化とホスファターゼによる脱リン酸化という可逆的な制御を受けている。タンパク質のリン酸化は負電荷と親水性の付与によってタンパク質の酵素活性・局在・安定性・相互作用などをダイナミックに制御することが可能であり、真核生物において最も広範に認められる翻訳後修飾である。このためプロテインキナーゼはヒトの場合で500種類以上と数多く存在し、様々な細胞内情報伝達系で中心的な役割を果たしている。プロテインキナーゼをコードする遺伝子の変異は癌・パーキンソン病・ダウン症候群・心不全などの疾患と深く関連することが知られており、さらに炭疽菌・らい菌・赤痢菌などの多くの病原性細菌が特定のキナーゼを標的にしていることが最近明らかとなった。

個々のキナーゼの生理的・病理的機能を理解し、診断・創薬などの応用研究に役立てるためには、複雑で精緻なリン酸化ネットワークの全貌を解明することが必要である。本研究室ではERK/MAPキナーゼやG蛋白質共役7回膜貫通型受容体キナーゼ（GRK）、およびパーキンソン病の原因遺伝子産物PINK1などをモデルとして、我々が独自に開発しつつあるリン酸化プロテオーム解析法によってその標的基質を網羅的に同定してきた。そして興味深い新規基質のリン酸化の生理的・病理的機能を種々の相互作用解析やイメージング技術を駆使して解明することを目標としている。

2. 新規セカンドメッセンジャーcyclic GMP-AMPによる自然免疫誘導機構

　cyclic AMPなどの環状ヌクレオチドは、細胞内情報伝達物質（セカンドメッセンジャー）として生体内で重要な役割を担っているが、我々は最近、非常にユニークな構造をとる新規環状ジヌクレオチドcyclic GMP-AMP (cGAMP)（図1）が哺乳類の生体内に存在する事を見出した。cGAMPは自然免疫シグナルにおいてセカンドメッセンジャーとして働くことが分かってきたが、その詳細な作用機構は不明である。興味深いことに、細菌には多様な生理活性を有する別の環状ジヌクレオチドが存在する。cGAMPの生理作用、特に現在は自然免疫応答における役割に注目した研究を展開しており、哺乳類における環状ジヌクレオチドの生物学的重要性を明らかにすることを目標としている。

3.核膜孔複合体の翻訳後修飾による核 —細胞質間物質輸送などの細胞機能の制御

ヒトの体内では毎分1kg以上もの物質が細胞質と核の間を行き来きしており、これらは全て核膜を貫通する核膜孔を介して通過している。約40kDa以上のサイズのタンパク質や核酸が通過するためにはインポーティンファミリータンパク質などの輸送運搬体の働きが必要である。この輸送運搬体と核膜孔との相互作用を介した核—細胞質間の選択的物質輸送は、真核生物にとって多様な生理・病理現象に関与する重要な細胞内プロセスの一つであり、核内への薬物送達システムの開発においても大きな課題となっている。しかしながら、細胞内シグナル伝達によるこの輸送経路の制御機構は殆ど明らかにされていない。本研究室では最近、ERK/MAPキナーゼが核膜孔複合体構成因子（ヌクレオポリン）をリン酸化することで輸送運搬体との相互作用を抑制し、核—細胞質間輸送を制御する可能性を示した。現在、リン酸化などの翻訳後修飾による核膜孔複合体の分子認識能の調節機構について、プロテオミクスやイメージングなどの手法を用いて包括的に解明することを目指している。