膜内配列切断酵素ＳＰＰの基質認識メカニズム解明に向けた構造機能解析

• Project/Area Number: 12J00097
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Structural biochemistry
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 新留 穏香 大阪大学, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2012 – 2014
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,394,160 (Direct Cost: ¥4,703,200、Indirect Cost: ¥690,960); Fiscal Year 2015: ¥1,434,160 (Direct Cost: ¥1,103,200、Indirect Cost: ¥330,960); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000); Fiscal Year 2012: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 膜内配列切断酵素 / 膜蛋白質 / アルツハイマー病 / 膜内配列切断プロテアーゼ

Outline of Annual Research Achievements

膜内配列切断プロテアーゼ(Intramembrane cleaving proteases ; I-CLiPs)ファミリー分子は、発生分化や脂質代謝調節など幅広い生命現象において重要な機能を担うとともに、その切断活性の異常は様々な病気の発症メカニズムと関連することが知られている。I-CLiPsは、その活性中心部位が脂質二重膜内に存在する親水性ポア構造に面することで、一見起こり得ない「疎水性環境における加水分解」を行っていることが明らかとなっている。しかし、もともと疎水性環境に存在する基質がどのようにI-CLiPsに認識され、どのように親水性環境へとリクルートされるのか、どのように切断されるか等、具体的な基質認識機構には迫れていない。本研究は、I-CLiPsファミリー分子の1つであるSPP(Signal Peptide Peptidase)をターゲットとし、その詳細な基質認識機構を明らかにすることを目的とする。本年度は昨年度に引き続き、SPPの構造解析および生化学的解析に向けた準備を行った。さらに申請者は、アルツハイマー病の発症に寄与すると報告されているⅠ型一回膜貫通蛋白質SorLAを第二のターゲットとした。申請者はこれまでに、野生型SorLAのVpslOpドメインはアルツハイマー病発症の原因分子と考えられているアミロイドβ(Aβ)と結合する一方、Vps10pドメイン内に家族性アルツハイマー病連鎖変異の1つG511Rを導入すると、Aβと結合できなくなることを見出した。この結果は、G511R変異はSorLAのAβ結合能を失わせ、Aβを分解系へと輸送できなくさせることでアルツハイマー病発症につながる変異である可能性を示すものである。本研究の成果は昨年度、Science Translational Medicineに受理されるに至った。本年度は、I-CLiPsファミリー分子の1つであるγ-secretaseを構成する蛋白質の1つとして知られるnicastrin(Nct)を第三のターゲットとした。Nctはこれまでに、γ-secretase基質の「受容体」であることが知られており、Nctを解析することでI-CLiPsの基質認識機構解明に大きく近づくことができると考えた。本年度はNctのX線構造解析に向けて精製条件の検討を進め、条件を確立させることに成功した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

SPPの構造解析および生化学的解析に向けて系の構築を行うとともに、新規のターゲットSorLAの研究を進めてきた。申請者は採用一年目にしてSorLA内に同定されている家族性アルツハイマー病変異の構造的病因に迫る発見をし、二年目においてScience Translational Medicineに受理された。またnicastrinという第三のターゲットの構造解析にも着手しており、おおむね順調に進展していると言える。

Strategy for Future Research Activity

SPPのX線結晶構造解析を目指すとともに、生化学的手法を用いたSPPと基質との相互作用様式の理解を目指す。新規ターゲットとして進めているSorLAの研究に関しては、家族性アルツハイマー病変異効果の結果を基に、変異が構造に与える影響の検討など構造学的観点から研究を進め、SorLAとアルツハイマー病の関連についての理解を深めていく。さらに、I-CLiPsファミリー分子の基質認識機構解明に向けた更なるアプローチとして、SPPと同じI-CLiPsファミリー分子の1つγ-secretaseを構成する蛋白質の1つであるnicastrinについてもX線結晶構造解析を進めていく予定である。

Research Products

• [Journal Article] Allosteric regulation of γ-secretase activity by a phenylimidazole-type γ-secretase modulator (2014)
  • Author(s): Koji Takeo, Shun Tanimura, Takehiro Shinoda, Satoko Osawa, Ivan Krasmirov Zahariev, Naoki Takegami, Yoshiko Ishizuka-Katsura, Naoko Shinya, Shizuka Takagi-Niidome, et al.
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America Volume: 111 Issue: 29 Pages: 10544-10549
  • DOI: 10.1073/pnas.1402171111
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Novel role for SORLA/SORL1 as lysosomal sorting receptor for amyloid-b peptide is impaired by familial Alzheimer disease mutation (2014)
  • Author(s): Caglayan S, Takagi-Niidome S, Liao F, Carlo A-S, Schmidt V, Burgert T, Kitago Y, Fuchtbauer E-M, Fachtbauer A, Holtzman DM, Takagi J, and Wilnow TE
  • Journal Title: Science Translational Medicine Volume: 6(223) Issue: 223
  • DOI: 10.1126/scitranslmed.3007747
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Inhibition of g-secretase activity by a monoclonal antibody against the extracellular hydrophilic loop of presenilin 1 (2013)
  • Author(s): Shizuka Takagi-Niidome
  • Journal Title: Biochemistry Volume: 52 Issue: 1 Pages: 61-69
  • DOI: 10.1021/bi301252r
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Possible role of Vps10p domain of SorLA in AD pathogenesis (2013)
  • Author(s): Shizuka Takagi-Niidome
  • Organizer: The 11^<th> International Conference On Alzheimer's & Parkinson's Diseases AD/PD 2013
  • Place of Presentation: Fortezza Da Basso (イタリア)
  • Year and Date: 2013-03-09
• [Presentation] Possible role of Vps10p domain of SorLA in AD pathogenesis (2013)
  • Author(s): 新留穏香、北郷悠、高木淳一
  • Organizer: 第13回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: とりぎん文化会館(鳥取県鳥取市)
• [Presentation] The alpha-helical structure of the hydrophilic loop 1 of presenilin 1 contributes to the formation of the substrate binding site (2012)
  • Author(s): Shizuka Takagi
  • Organizer: 第12回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 名古屋国際会議場(愛知)
  • Year and Date: 2012-06-20