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Characterization of intramembrane proteases by yeast reconstitution system

Research Project

Project/Area Number 19K06558
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 43030:Functional biochemistry-related
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

Eugene Futai  東北大学, 農学研究科, 准教授 (90447459)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Keywords酵素 / 脳神経疾患 / 神経科学 / 応用微生物 / バイオテクノロジー / 膜内切断プロテアーゼ / 認知症 / 酵母 / 脳・神経 / アルツハイマー病 / プロテアーゼ
Outline of Research at the Start

膜内切断プロテアーゼは、水が存在しない膜内で加水分解を行う特殊なタンパク分解酵素で、どのようにして反応を遂行するのかについて、よく分かっていません。代表的な膜内切断プロテアーゼであるγセクレターゼ複合体は、アルツハイマー病の原因となる脳内アミロイドを作り出す、認知症治療において重要なターゲット分子です。本研究では、モデル生物である出芽酵母を使った独創的な解析手法をとり入れ、γセクレターゼ複合体とそのモデルとなる単量体膜内切断プロテアーゼによる分解のメカニズムを明らかにします。認知症治療薬の開発への戦略を提案する成果が期待されます。

Outline of Final Research Achievements

γ-secretase generates amyloid β peptide (Aβ) from amyloid precursor protein (APP) through multi step cleavage, such as endoproteolysis and trimming. In the study, we reconstituted human γ-secretase complex and APP in yeast and identified cleavage-enhancing mutations in APP and the scaffold subunit of γ-secretase Aph1aL. We introduced these mutants in yeast and mammalian cells and found that the Aph1 mutations increase cleavage efficiency and increased the total amount of Aβ. We clarified that Aph1 has regulatory function directly acting on catalytic subunit, PS1.APP mutations acted on Aβ trimming activity and decrease long-chain Aβ42. It has become an important finding in the development of antidementia drugs that reduce the production of highly toxic Aβ42 involved in the development of dementia.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

膜内切断プロテアーゼは、疎水的な膜内で加水分解を行う特殊なタンパク分解酵素である。立体構造が解明され研究が進んできたが、どのようにして反応を遂行するのかについて、メカニズムの詳細が分かっていない。γセクレターゼは、アルツハイマー病の原因となる脳内アミロイドを作り出す、認知症治療において重要なターゲット分子である。本研究では、モデル生物である出芽酵母を使った独創的な解析手法をとり入れ、γセクレターゼによる分解機構を解析した。私達の研究成果は、膜内タンパク分解機構を解明する重要な知見であり、γセクレターゼの活性調節機構を解明することにより認知症治療薬の開発に向けた新たな戦略を提案する。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2022 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results) Presentation (12 results)

  • [Journal Article] Specific Mutations in Aph1 Cause γ-Secretase Activation2022

    • Author(s)
      Watanabe Hikari、Yoshida Chika、Hidaka Masafumi、Ogawa Tomohisa、Tomita Taisuke、Futai Eugene
    • Journal Title

      International Journal of Molecular Sciences

      Volume: 23 Issue: 1 Pages: 507-507

    • DOI

      10.3390/ijms23010507

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Focused Proteomics Analysis of Habu Snake (Protobothrops flavoviridis) Venom Using Antivenom-Based Affinity Chromatography Reveals Novel Myonecrosis-Enhancing Activity of Thrombin-Like Serine Proteases2021

    • Author(s)
      Ogawa Tomohisa、Tobishima Yu、Kamata Shizuka、Matsuda Youhei、Muramoto Koji、Hidaka Masafumi、Futai Eugene、Kuraishi Takeshi、Yokota Shinichi、Ohno Motonori、Hattori Shosaku
    • Journal Title

      Frontiers in Pharmacology

      Volume: 12

    • DOI

      10.3389/fphar.2021.766406

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Curcumin Derivative GT863 Inhibits Amyloid-Beta Production via Inhibition of Protein N-Glycosylation2020

    • Author(s)
      Urano Yasuomi、Takahachi Mina、Higashiura Ryo、Fujiwara Hitomi、Funamoto Satoru、Imai So、Futai Eugene、Okuda Michiaki、Sugimoto Hachiro、Noguchi Noriko
    • Journal Title

      Cells

      Volume: 9 Issue: 2 Pages: 349-349

    • DOI

      10.3390/cells9020349

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Advanced Yeast Models of Familial Alzheimer Disease Expressing FAD-Linked Presenilin to Screen Mutations and γ-Secretase Modulators2019

    • Author(s)
      Futai Eugene
    • Journal Title

      Methods Mol Biol

      Volume: 2049 Pages: 403-417

    • DOI

      10.1007/978-1-4939-9736-7_23

    • ISBN
      9781493997350, 9781493997367
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Specific mutations in presenilin 1 cause conformational changes in γ-secretase to modulate amyloid β trimming2018

    • Author(s)
      Imai So、Cai Tetsuo、Yoshida Chika、Tomita Taisuke、Futai Eugene
    • Journal Title

      The Journal of Biochemistry

      Volume: 165 Issue: 1 Pages: 37-46

    • DOI

      10.1093/jb/mvy081

    • NAID

      40021789427

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  • [Presentation] γセクレターゼによるアミロイド前駆体タンパク質の膜内切断感受性を変化させる配列要因の解析2021

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      鈴木涼太, 高橋春香,日高將文, 小川智久, 二井勇人
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      川崎創,日高将文,小川智久,二井勇人
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      鈴木涼太, 高橋春香, 日高將文, 小川智久, 二井勇人
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      鈴木涼太, 高橋春香, 日高将文, 小川智久, 二井勇人
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      渡辺ひかり, 吉田知加, 蔡哲夫, 日高將文, 小川智久, 富田泰輔, 二井勇人
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      日本農芸化学会東北支部 第155回大会
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  • [Presentation] 出芽酵母ロンボイドPcp1pの生理機能解明と基質探索2020

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      角田俊揮, 日高將文, 小川智久, 新谷尚弘, 二井勇人
    • Organizer
      日本農芸化学会東北支部 第155回大会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] γセクレターゼ複合体構成因子Aph1による活性調節機構の解析2020

    • Author(s)
      渡辺ひかり, 吉田知加, 蔡哲夫, 富田泰輔, 二井勇人
    • Organizer
      第39回日本認知症学会学術集会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] PS1変異体の解析によるγセクレターゼの構造変化とトリミング活性の上昇の解明2019

    • Author(s)
      今井創、吉田知加、蔡哲夫、富田泰輔、二井勇人
    • Organizer
      第38会日本認知症学会学術集会
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  • [Presentation] Presenilin 1活性化変異によるγセクレターゼのトリミング促進と構造変化の解明2019

    • Author(s)
      二井勇人、今井創、吉田知加、蔡哲夫、富田泰輔
    • Organizer
      第24回日本病態プロテアーゼ学会学術集会
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      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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