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Advance

NAKATSUKASA Kunio

    Graduate School of Science Division of Biological Science　Associate Professor
Last Updated :2024/04/24

Researcher Information

Degree

  • Doctor of Science（Nagoya University）

J-Global ID

Research Interests

  • 応用生物化学   応用分子細胞生物学   細胞生物学   機能生物化学   代謝生化学   

Research Areas

  • Life sciences / Applied molecular and cellular biology
  • Life sciences / Applied biochemistry
  • Life sciences / Cell biology
  • Life sciences / Functional biochemistry

Academic & Professional Experience

  • 2024/04 - Today  Nagoya City University大学院理学研究科教授
  • 2020/04 - 2024/03  Nagoya City University大学院理学研究科准教授（P.I.）
  • 2017/04 - 2020/03  Nagoya City University大学院システム自然科学研究科准教授（P.I.）
  • 2015/10 - 2017/03  Nagoya University大学院理学研究科 生命理学専攻Lecturer
  • 2009/04 - 2015/09  Nagoya UniversityGraduate School of Science Division of Biological ScienceAssistant Professor
  • 2004/04 - 2009/03  University of PittsburghDepartment of Biological SciencesPost-doc
  • 2004/02 - 2004/03  日本学術振興会特別研究員（PD）
  • 2002/04 - 2004/01  日本学術振興会特別研究員（DC2）

Education

  • 2000/04 - 2004/01  名古屋大学  大学院理学研究科博士後期課程
  • 1998/04 - 2000/03  Kyoto University  Graduate School of Science
  • 1994/04 - 1998/03  Kyoto University  Faculty of Science

Association Memberships

  • JAPAN SOCIETY FOR BIOSCIENCE, BIOTECHNOLOGY, AND AGROCHEMISTRY   JAPAN SOCIETY FOR CELL BIOLOGY   THE MOLECULAR BIOLOGY SOCIETY OF JAPAN   THE JAPANESE BIOCHEMICAL SOCIETY   

Published Papers

Books etc

  • SCFUcc1ユビキチンリガーゼはグリオキシル酸回路の代謝スイッチとして機能する
    中務邦雄; 嘉村巧 (Joint work)実験医学 2015 2613-2615
  • Elongin BC 型E3ユビキチンリガーゼと細胞機能制御
    奥村文彦; 奥村晶子; 中務邦雄; 嘉村巧 (Single work)生化学 2013 76-88
  • Cullin型E3リガーゼの機能と制御機構（実験医学増刊 タンパク質分解系による生体制御）
    中務邦雄; 嘉村巧 (Joint work)羊土社 2011/07 1933-1937
  • In vitro reconstitution of the Selection, Ubiquitination, and Membrane Extraction of a Polytopic ERAD Substrate
    Nakatsukasa K; Brodsky J.L (Joint work)Springer, Methods in Molecular Biology 2010 365-376
  • The Enzymes "The Role of BiP/Kar2p in the translocation of Proteins Across the ER membrane"
    Kunio Nakatsukasa; Jeffrey L. Brodsky (Joint work)ACADEMIC PRESS 2007 245-273
  • 実験医学増刊 細胞内タンパク質の社会学 第３章３）－１ タンパク質のＯマンノシル化と小胞体品質管理
    中務邦雄 (Joint work)羊土社 2005/09 2333-2337
  • 蛋白質核酸酵素増刊 「細胞におけるタンパク質の一生」 小胞体品質管理におけるシャペロンと糖鎖の役割：何が異常で何を除去すべきか
    西川周一; 中務邦雄; 遠藤斗志也 (Joint work)共立出版 2004/05 988-991

MISC

Research Grants & Projects

  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業
    Date (from‐to) : 2019/04 -2023/03 
    Author : 中務 邦雄
     
    微生物は発酵生産過程において、過酷な環境変化に曝される。微生物に環境耐性を付与して有用物質を大量生産させるには、環境変化に対する応答機構（代謝制御、遺伝子発現制御など）を明らかにする必要がある。代謝制御の仕組みとして、古典的には代謝酵素のアロステリック制御、フィードバック制御、フィードフォワード制御などが研究されてきた。分子生物学の発展以降、代謝酵素の転写・翻訳レベルの制御も明らかにされてきた。近年、ユビキチン修飾系による代謝制御の報告が続いている。しかし、これらは「氷山の一角」であり、ユビキチン修飾を介した未知の代謝制御が数多く存在するものと考えられる。本研究では、出芽酵母を材料に、ユビキチン修飾を介した炭素代謝系の新たな環境応答機構の解明を目指している。これまでに、脂肪分解に関わる脂肪滴上の酵素の半減期を、シクロヘキシミドチェイス法→ウエスタンブロッティングによって調べた。この酵素の分解が細胞周期に依存することが明らかになった（投稿準備中）。また、出芽酵母の炭素代謝系に関わる、ある一連の酵素群（20種類）について、ユビキチン修飾を網羅的に解析した。その結果、一部の酵素にはポリユビキチン化が、また一部の酵素にはモノユビキチン化あるいはマルチモノユビキチン化と思われるバンドが再現良く見られた。そこである特定の酵素について、ユビキチン化に関わるリガーゼを探索したところ、いくつかの候補が得られた。また、ユビキチン化サイトをアルギニンに置換した変異体は、酵素活性はあるものの、変異体を発現した細胞は膜流動性が低下するストレスに脆弱であることが分かった。
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research
    Date (from‐to) : 2018/06 -2022/03 
    Author : Nakatsukasa Kunio
     
    Misfolded or unassembled proteins in the endoplasmic reticulum (ER) are degraded by the proteasome. This process is referred to as ER-associated degradation or ERAD. In this study, we analyzed the mechanisms of membrane protein degradation during ERAD: (1)Experimental and theoretical analysis to predict membrane protein insertion in yeast cells; (2)Physiological role of the ERAD of membrane proteins; (3)Genetic analysis of the retrotranslocation complex. (4)We also performed collaborative research to study ERAD in mammals.
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research
    Date (from‐to) : 2017/04 -2020/03 
    Author : Kamura Takumi
     
    Proteolysis via the ubiquitin-proteasome system has attracted much attention as it has been revealed that it plays an important role in various life phenomena. E3, which determines substrate specificity, and SCF complexes in particular, are expected to have a variety of functions due to their large number. In the present study, we aimed to analyze a new function of the budding yeast SCF complex. We used genetic and biochemical methods to search for novel substrates of the SCF complex and identified the stress-responsive transcription factor Tmc1, which we found to be degraded in a SCF complex-dependent manner. We further found that Tmc1 adapts to arsenic stress by inducing the expression of Arr2.
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research
    Date (from‐to) : 2015/04 -2017/03 
    Author : Nakatsukasa Kunio
     
    In the course of this study, I focused on the analysis of Cdc99, which is a cell-cycle related protein. In the ERAD defective strain, the expression of endogenous Cdc99 increased. However, because Cdc99 degradation was not significantly affected by the depletion of ERAD-related components, the transcription of Cdc99 might have been upregulated in ERAD defective strains. I am currently testing this hypothesis. In this study, I also found a novel genetic interaction between ERAD and metal ion transport. I am currently testing if this interaction is mediated by Cdc99.
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research
    Date (from‐to) : 2015/04 -2017/03 
    Author : Kamura Takumi
     
    In this study, we searched for E3s which control the stability of the substrates to clarify various phenomenon regulated by the ubiquitin proteasome system. We chose several functionally important short life proteins using a database for protein half-life of the budding yeast. We identified E3s which controlled the degradation of these proteisn using E3 deletion strains. As a result, we found p70, p75, p75, p65 and p150 and p340 as E3s which controlled the degradation of Nup1, Tma17, Hcm1, Cdc1 and Spo12. In addition, we clarified the physiological significance of the Spo12 degradation mediated by p340. Our findings shed the light on the new function of ubiquitin proteasome system.
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research
    Date (from‐to) : 2013/04 -2015/03 
    Author : NAKATSUKASA Kunio
     
    Inactivation of Cdc48p/p97 stalled retrotranslocation and triggered formation of a complex that contains the 26S proteasome, Cdc48p/p97, ubiquitinated substrates, select components of the Hrd1 complex, and the lumenal recognition factor, Yos9p. We proposed that the actions of Cdc48p/p97 and the proteasome are tightly coupled during ERAD. Our data also support a model in which the Hrd1 complex links substrate recognition and degradation on opposite sides of the ER membrane. Based on these results, we performed in vivo site-specific crosslinking experiments. Non-natural photo-reactive amino acids were incorporated into Hrd3 in yeast to detect cross-linked Hrd1. Although we could detect some cross-linked products with Hrd3, it is currently unclear if these are Hrd1-Hrd3 crosslinked products. We are now trying to scale up the system to better detect Hrd1. In addition, we are analyzing a role of the transmembrane domain of Hrd3 especially under the stress conditions.
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業
    Date (from‐to) : 2010 -2012 
    Author : 中務 邦雄
     
    小胞体の構造異常タンパク質はERADと呼ばれる分解系によって除去される。しかし、小胞体内の基質がどのように膜を越えて、サイトゾルのユビキチン・プロテアソーム系に輸送されるのか、全く明らかにされていない。我々はこのレトロトランスロケーションと呼ばれる現象について、in vitroおよびin vivoの両面から解析を進めてきた。本研究の前に、in vitro解析系によって、疎水性アミノ酸に富む膜貫通タンパク質でさえも、サイトゾルへ逆行輸送されるという有力な証拠を得ていた。本研究期間中このモデルを検証すべく、(1)新しいin vitro解析系の構築、および(2)徹底したショ糖密度勾配遠心による逆行輸送中間体の生化学的解析、を行った。 (1)では最初に、in vitroで合成した膜貫通型基質をミクロソーム画分に取り込ませた。その後、ユビキチン化反応に必要な因子を添加し、逆行輸送を観察した。しかしながら、取り込み反応はある程度進んだものの、ユビキチン化と逆行輸送を有意に検出することは困難であった。本研究を進めている途中、海外のグループから、基質のアセチル化がユビキチンリガーゼによる認識に必要であるという驚くべき報告がなされた。我々のin vitro解析系で扱っていたユビキチンリガーゼは、まさに基質のアセチル化を認識に必要とするものであった。ユビキチン化を有意に検出するには、アセチル化とその認識のステップを系に組み込む必要があるものと考えられた。平成24年度は、アセチル化酵素などユビキチンリガーゼによる基質の認識に必要なコンポーネントの精製方法を検討した。 (2)では逆行輸送を促進するCdc48/p97の変異によって、逆行輸送中間体を蓄積させることに成功した。その結果、プロテアソーム、E3リガーゼ、基質認識因子からなる巨大中間複合体の同定に成功した。
  • Japan Society for the Promotion of Science：Grants-in-Aid for Scientific Research
    Date (from‐to) : 2010 -2011 
    Author : NAKATSUKASA Kunio
     
    It is important to obtain detailed structural insight into substrate recognition mechanisms by E3 ubiquitin ligases. However, X-ray crystallography and NMR analysis are not suitable for proteins that are prone to aggregate in vitro and recombinant proteins that are not expressed well in bacteria or other organisms. One such E3-ligase enzyme is Doa10 in the yeast ER. Doa10 has 14 transmembrane regions and are thought to recognize both misfolded proteins and N-degron containing proteins. To begin to analyze the mechanism by which Doa10 recognizes these proteins, we tried to introduce the in vivo site-specific crosslinking method. Previous studies have suggested that Doa10 specifically recognizes Deg1, an N-terminal sequence of Matalpha2. In fact, model proteins that are fused with Deg1 at their N-terminus are degraded by the proteasome in Doa10 dependent manner. We first introduced amber codons in Deg1 and tried to introduce photoreactive amino acids. However, in the course of this study, other group reported an essential role of N-acetylation of Deg1 in recognition by Doa10. Currently we are trying to see the effects of depletion or overexpression of N-acetylation enzymes on the recognition of Deg1 by Doa10 using in vivo site-specific crosslinking method. We also started to analyze other ER membrane E3 ligase Hrd1. We have shown that the second transmembrane region of Hrd1 is critical for binding to Hrd3, a substrate recognition subunit of Hrd1. We are currently analyzing how the interaction between Hrd1 and Hrd3 changes during substrate recognition and ubiquitination.
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業
    Date (from‐to) : 2009 -2010 
    Author : 中務 邦雄
     
    小胞体で高次構造の形成に失敗した分泌タンパク質や細胞膜タンパク質は、ゴルジ体以降へ輸送されずに小胞体に留められ、サイトゾルのユビキチン・プロテアソーム系によって分解される。この分解系はERADと呼ばれており、小胞体の恒常性を維持するうえで、必須の役割を果たしている。本研究は、比較的研究が進んでいる構造異常タンパク質の認識のステップではなく、ERADの基質が小胞体膜を超えてサイトゾルへ輸送される逆行輸送のステップを解析することを目標としている。 本研究の前段階として、我々は、複数回膜タンパク質を基質としたERADのin vitro系を独自に開発し、ERADの一連の反応の中で、膜タンパク質が小胞体膜からサイトゾルへ抽出されることを見出した。本研究では、同様の現象がin vivoでも起こりうる現象であるか調べるために、細胞レベルの解析を行った。細胞分画の方法を詳細に検討した結果、in vivoでも、12回膜貫通型のERADの基質が、ユビキチン化に依存して、サイトゾルへ抽出されている証拠を得ることに成功した。現在は、サイトゾルへ抽出された基質と相互作用している因子の同定、複合体の分子量を解析するとともに、小胞体膜のどの部分からサイトゾルへ抽出されているのか、in vitro系を用いた生化学的な解析を進めつつある。
  • 日本学術振興会：科学研究費助成事業
    Date (from‐to) : 2002 -2003 
    Author : 中務 邦雄
     
    真核生物の小胞体は、分泌タンパク質や中央空胞系オルガネラの生合成の場となっている。小胞体にはタンパク質の品質管理機構が存在し、正しい高次構造を形成した正常タンパク質のみをゴルジ以降へ送り出し、正しい高次構造を形成できなかった異常タンパク質は分泌することなく小胞体に留める。異常タンパク質の蓄積は細胞生存にとって害悪である。小胞体には、異常タンパク質をサイトゾルへ送り返し分解、除去する系(ERAD:Endoplasmic Reticulum Associated Degradation)と、分子シャペロンを発現させることによって異常タンパク質の凝集体形成を防ぐ系(Unfolded Protein Response)が存在し、異常タンパク質の蓄積という危機的状況に対処している。 我々はこれまでに、in vitro、in vivoの実験から、2種類のモデル異常タンパク質(pαFの変異体と糸状菌由来プロテアーゼの変異体)が分解されずに小胞体内に蓄積した場合、O型糖鎖付加を受けて可溶性となること、さらに可溶性となった異常タンパク質の一部は品質管理機構による小胞体内への滞留を免れ、細胞外へ分泌されうることを見出していた。平成15年度はこの現象の生理的意義について検討した。分解系とO型糖鎖付加に関与する遺伝子の二重破壊酵母株は、恒常的にUnfolded Protein Responseが亢進されており、異常タンパク質の蓄積にも感受性を示した。さらに、蛍光抗体法による顕微鏡観察から、この二重破壊株の中で異常タンパク質が大きな凝集体を形成していることが示唆されるデータを得た。これらの結果から、O結合型糖鎖付加は異常タンパク質が蓄積することによって引き起こされるストレスから細胞を守る役割をもつことが示唆された。 これらの結果を学位論文としてまとめ、平成16年1月に学位を取得した。また、第56回日本細胞生物学会大会のワークショップ、第76回日本生化学会大会のポスター討論会で発表を行った。

Teaching Experience

  • Biofunctional chemistryBiofunctional chemistry Nagoya City University

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