パルミトイル化サイクルの意義とその基質によるシナプス伝達制御機構の解明

• Project/Area Number: 14J02851
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Neurochemistry/Neuropharmacology
• Research Institution: The Graduate University for Advanced Studies
• Principal Investigator: 村上 達郎 総合研究大学院大学, 生命科学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2014: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 脱パルミトイル化反応 / パルミトイル化反応 / 翻訳後修飾 / 脂質修飾 / 脳 / 生化学 / コンディショナルノックアウトマウス / 神経発生 / シグナル伝達 / 細胞内輸送 / シナプス可塑性

Outline of Annual Research Achievements

新規脱パルミトイル化酵素の一系統のノックアウト(KO)マウスを樹立し解析したところ、KOマウスの体重は減少傾向にあった。また、このタンパクは組織特異的な発現パターンを示し、この酵素の基質候補と考えているHRas及びNRasも脳に優位に発現していた。さらにこのタンパクは全脳において年齢に依存せず一定量発現し、年齢依存的にHRasの発現量は増加したがNRasの発現量は減少した。また、このタンパクは生後14日目と成体の各種脳領域では異なる発現パターンを示した。これらの結果から、この酵素と基質は時空間的に制御されていることを明らかにした。次に、基質タンパクの発現量及びパルミトイル化レベルを検証したところ、HRasの発現量は変化していなかったが、パルミトイル化レベルは上昇した。この結果から、生後一ヶ月の全脳においてこのタンパクはHRasのパルミトイル化レベルを制御していることが示唆された。
パルミトイル化酵素DHHC2KOマウスの解析も行った。脳においてDHHC2の基質候補であるFynとCKAP4は持続的に一定量発現していたが、PSD-95は成体にかけて発現量が上昇しDHHC2の発現パターンとは逆相関した。DHHC2KOマウスにおいてこれらのタンパクをはじめとする基質タンパクの発現量及びパルミトイル化レベルを検証したが、顕著な差は観られなかった。DHHC2が抑制性神経やマイナーなポピュレーションでのみ発現している場合、たとえその細胞において基質のパルミトイル化レベルが変化していたとしても生化学的に検出することが困難であることが予想される。それゆえ、基質のCSノックインマウスで表現系が観られ、DHHC2KOマウスでフェノコピーが観られるかを検証することが正攻法である。無論、in vitroで観ている結果がartifactである可能性もあり、DHHC2の重要性は再考しなければならない。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Local palmitoylation cycles and specialized membrane domain organization (2016)
  • Author(s): Fukata Y, Murakami T, Yokoi N, Fukata M
  • Journal Title: Curr Top Membr Volume: 77 Pages: 97-141
  • DOI: 10.1016/bs.ctm.2015.10.003
  • ISBN: 9780128054048
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ELMOD2 is anchored to lipid droplets by palmitoylation and regulates ATGL recruitment (2015)
  • Author(s): Michitaka Suzuki, Tatsuro Murakami, Jinglei Cheng, Hiroyuki Kano, Masaki Fukata, and Toyoshi Fujimoto
  • Journal Title: MOLECULAR BIOLOGY OF THE CELL Volume: - Issue: 12 Pages: 2333-2342
  • DOI: 10.1091/mbc.e14-11-1504
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Synaptic nanodomains generated by local palmitoylation cycles (2015)
  • Author(s): Masaki Fukata, Atsushi Sekiya, Tatsuro Murakami, Norihiko Yokoi, Yuko Fukata
  • Journal Title: Biochemical Society Transactions Volume: 43(2) Issue: 2 Pages: 199-204
  • DOI: 10.1042/bst20140238
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The BAI1 regulates spatial learning and synaptic plasticity in the hippocampus. (2015)
  • Author(s): Dan Zhu, Chenchen Li, Andrew M. Swanson, Rosa M. Villalba, Jidong Guo, Zhaobin Zhang, Shannon Matheny, Tatsuro Murakami, Jason R. Stephenson, Sarah Daniel, Masaki Fukata, Randy A. Hall, Jeffrey J. Olson, Gretchen N. Neigh, Yoland Smith, Donald G. Rainnie, and Erwin G. Van Meir.
  • Journal Title: Journal of Clinical Investigation Volume: 125(4) Issue: 4 Pages: 1497-1508
  • DOI: 10.1172/jci74603
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Importance of Reelin C-Terminal Region in the Development and Maintenance of the Postnatal Cerebral Cortex and Its Regulation by Specific Proteolysis (2015)
  • Author(s): Takao Kohno, Takao Honda,Ken-ichiro Kubo, Yoshimi Nakano, Ayaka Tsuchiya, Tatsuro Murakami, Hideyuki Banno, Kazunori Nakajima, and Mitsuharu Hattori
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience Volume: 35(11) Issue: 11 Pages: 4776-4787
  • DOI: 10.1523/jneurosci.4119-14.2015
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Exploration of depalmitoylating enzymes regulating bi-directional trafficking of small GTPase HRas (2015)
  • Author(s): Tatsuro Murakami, Atsushi Sekiya, Yuko Fukata, Masaki Fukata
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-07-28
• [Presentation] Characterization of a mouse model with genetic deletion of DHHC2 palmitoyl acyl transferase (2015)
  • Author(s): Tatsuro Murakami, Atsushi Sekiya, Manabu Abe, Kenji Sakimura, Yuko Fukata, Masaki Fukata
  • Organizer: FASEB SRC meeting Protein Lipidation, Signaling, and Membrane Domains
  • Place of Presentation: Saxtons River, Vermont, USA
  • Year and Date: 2015-07-19
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Identification of novel depalmitoylating enzymes (2015)
  • Author(s): Tatsuro Murakami, Atsushi Sekiya, Yuko Fukata, Masaki Fukata
  • Organizer: 第５回新潟大学脳研究所共同研究拠点国際シンポジウム
  • Place of Presentation: 新潟 (新潟・新潟)
  • Year and Date: 2015-03-05
• [Presentation] Identification of novel depalmitoylating enzymes (2015)
  • Author(s): Tatsuro Murakami, Atsushi Sekiya, Yuko Fukata, Masaki Fukata
  • Organizer: 第４回生理研－脳研合同シンポジウム
  • Place of Presentation: 新潟大学 (新潟・新潟)
  • Year and Date: 2015-03-04
• [Presentation] The novel function of Reelin in the dendrite development and layer formation in the postnatal brain (2014)
  • Author(s): Takao Kohno, Takao Honda, Ken-ichiro Kubo, Yoshimi Nakano, Ayaka Tsuchiya, Tatsuro Murakami, Hideyuki Banno, Kazunori Nakajima, and Mitsuharu Hattori
  • Organizer: Society for Neuroscience, Neuroscience 2014 Meeting
  • Place of Presentation: Washington, D.C. (アメリカ)
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] Arf-GAP活性を持つ脂肪滴蛋白質ELMOD2によるトリグリセリド量調節メカニズム (2014)
  • Author(s): 鈴木倫毅、程晶磊、加納寛之、村上達郎、深田正紀、藤本豊士
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 京都国際会館 (京都・京都)
  • Year and Date: 2014-10-18
• [Presentation] ポストシナプスに局在する脱パルミトイル化酵素の同定と性状解析 (2014)
  • Author(s): 関谷敦志、村上達郎、小林憲太、深田優子、深田正紀
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 京都国際会館 (京都・京都)
  • Year and Date: 2014-10-17
• [Presentation] The novel depalmitoylating enzyme family regulates bi-directional trafficking of HRas between the Golgi apparatus and the plasma membrane (2014)
  • Author(s): Tatsuro Murakami, Atsushi Sekiya, Yuko Fukata, Masaki Fukata
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜 (神奈川・横浜)
  • Year and Date: 2014-09-12
• [Presentation] Bi-directional trafficking of HRas regulated by the novel depalmitoylating enzyme family (2014)
  • Author(s): Tatsuro Murakami, Atsushi Sekiya, Yuko Fukata, Masaki Fukata
  • Organizer: 2014 NIPS-KU/YU symposium
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター (愛知・岡崎)
  • Year and Date: 2014-07-02