ホスホプロテオミクス解析が酵母におけるキナーゼとホスファターゼの撹乱に対する相互接続システム全体の応答を解明する

Sci. Signal., 21 December 2010
Vol. 3, Issue 153, p. rs4
[DOI: 10.1126/scisignal.2001182]

Bernd Bodenmiller^1,2*†, Stefanie Wanka^2,3*, Claudine Kraft⁴, J?rg Urban⁵, David Campbe^ll6, Patrick G. Pedrioli^4‡, Bertran Gerrits^7§, Paola Picotti¹, Henry Lam⁸, Olga Vitek⁹, Mi-Youn Brusniak⁶, Bernd Roschitzki⁷, Chao Zhang¹⁰, Kevan M. Shokat¹⁰, Ralph Schlapbach⁷, Alejandro Colman-Lerner¹¹, Garry P. Nolan¹², Alexey I. Nesvizhskii¹³, Matthias Peter⁴, Robbie Loewith⁵, Christian von Mering³, and Ruedi Aebersold^1,6,14||

¹ Institute of Molecular Systems Biology, ETH Zurich, 8093 Zurich, Switzerland.
² Zurich PhD Program in Molecular Life Sciences, 8057 Zurich, Switzerland.
³ Institute of Molecular Life Sciences and Swiss Institute of Bioinformatics, University of Zurich, 8057 Zurich, Switzerland.
⁴ Institute of Biochemistry, ETH Zurich, 8093 Zurich, Switzerland.
⁵ Department of Molecular Biology, University of Geneva, Geneva 1211, Switzerland.
⁶ Institute for Systems Biology, Seattle, WA 98103, USA.
⁷ Functional Genomics Center Zurich, University Zurich and ETH Zurich, 8057 Zurich, Switzerland.
⁸ Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Hong Kong University of Science and Technology, Clear Water Bay, Hong Kong.
⁹ Departments of Statistics and Computer Science, Purdue University, West Lafayette, IN 47107, USA.
¹⁰ Howard Hughes Medical Institute and Department of Cellular and Molecular Pharmacology, University of California, San Francisco, CA 94158-2280, USA.
¹¹ Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, University of Buenos Aires, C1428EHA Buenos Aires, Argentina.
¹² Department of Microbiology and Immunology, Stanford University School of Medicine, Stanford, CA 94305, USA.
¹³ Department of Pathology, University of Michigan, Ann Arbor, MI 48109, USA.
¹⁴ Faculty of Science, University of Zurich, 8057 Zurich, Switzerland.

* These authors contributed equally to this work.

† Present address: Department of Microbiology and Immunology, Stanford University School of Medicine, Stanford, CA 94305, USA.

‡ Present address: Scottish Institute for Cell Signalling, Sir James Black Centre, University of Dundee, Dundee, Scotland DD1 5EH, UK.

§ Present address: Novartis Institute for Biomedical Research, Novartis International AG, CH-4002 Basel, Switzerland.

|| To whom correspondence should be addressed. E-mail: aebersold@imsb.biol.ethz.ch

要約：キナーゼとホスファターゼによるタンパク質のリン酸化と脱リン酸化は、真核細胞において重要な調節ネットワークを構成する。このネットワークは、センサーからシグナル伝達系を介してエフェクター分子へと至る情報の流れをサポートし、結果的に、細胞、組織、そして生物の表現型と機能を促進する。この過程の調節不全は深刻な結果を招き、がんなどの疾患の発症と進行の主要因のひとつとなっている。そのため、個々のキナーゼまたはホスファターゼの活性を調節する特異的な阻害薬の開発には多大な労力が投じられている。しかし、そのような薬理学的介入が細胞シグナル伝達ネットワーク全体にどのように影響するかを評価するのは困難である。今回、われわれは、97個のキナーゼ、27個のホスファターゼ、1,000個を超えるリン酸化タンパク質の間の関係を決定するために、系統的に撹乱されたモデル生物（Saccharomyces cerevisiae、出芽酵母）に対して無標識の定量的ホスホプロテオミクスを利用した。そして、調節をうける8,814件のリン酸化イベントを同定し、in vivoにおいて初めてシステム全体のタンパク質リン酸化ネットワークについて記述した。このことは、定常状態において、ほとんどのキナーゼとホスファターゼの不活性化が、すぐ下流の標的だけではなく、リン酸化により調節されるシグナル伝達装置の大部分に影響を及ぼすことを示している。観察される細胞増殖の表現型は、撹乱があるにもかかわらず、十分に維持されることが多く、システムが相当に頑強であることを示している。今回の結果は、将来の細胞シグナル伝達モデルを限定し、シグナル伝達経路を単純かつ直線的に表現していたのでは創薬のためにも生命体のホメオスタシスを記述するためにも不十分ではないかという見解を強化するのに役立つ。

B. Bodenmiller, S. Wanka, C. Kraft, J. Urban, D. Campbell, P. G. Pedrioli, B. Gerrits, P. Picotti, H. Lam, O. Vitek, M.-Y. Brusniak, B. Roschitzki, C. Zhang, K. M. Shokat, R. Schlapbach, A. Colman-Lerner, G. P. Nolan, A. I. Nesvizhskii, M. Peter, R. Loewith, C. von Mering, R. Aebersold, Phosphoproteomic Analysis Reveals Interconnected System-Wide Responses to Perturbations of Kinases and Phosphatases in Yeast. Sci. Signal. 3, rs4 (2010).