GPIアンカー側鎖の生理機能と疾患との関連の解明

• Project/Area Number: 20K15746
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 43030:Functional biochemistry-related
• Research Institution: Gifu University
• Principal Investigator: 平田 哲也 岐阜大学, 高等研究院, 特任助教 (90780651)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2020: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: GPIアンカー / 糖鎖 / 糖脂質 / プリオン病 / PGAP4 / 脳機能 / 骨形成 / 糖鎖修飾 / ノックアウトマウス / 糖転移酵素 / プリオン

Outline of Research at the Start

グリコシルホスファチジルイノシトール(GPI)アンカーは糖脂質によるタンパク質の翻訳後修飾であり、初期発生や神経形成などの現象に重要な役割を果たす。GPIは生物種に共通のコア構造と、生物種ごとに異なる糖鎖で構成される側鎖から成る。近年、GPI側鎖とプリオン病との関連が示唆されているがその詳細は不明であり、GPI側鎖の生理機能も不明である。本研究では、GPI側鎖合成の最初のステップを担う糖転移酵素であるPGAP4をノックアウトしたマウスを解析することで、GPI側鎖の生理機能および疾患、特にプリオン病との関わりについて明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

グリコシルホスファチジルイノシトール(GPI)アンカーは真核生物に広く保存された、糖脂質によるタンパク質の翻訳後修飾である。哺乳動物細胞では約150種類ものタンパク質がGPIによる修飾を受け、それらGPIアンカー型タンパク質は様々な生理機能を発揮する。GPIは種間で共通のコア構造と、種間で異なる糖鎖からなる側鎖構造を有し、哺乳動物のGPI側鎖は、N-アセチルガラクトサミン(GalNAc)-ガラクトース(Gal)-シアル酸(Sia)の三糖から構成される。しかし、その生理機能は不明である。本研究では、申請者が初めて同定した、GPIにGalNAcを転移する酵素であるPGAP4をノックアウト(KO)したマウスを用いて、哺乳動物におけるGPI側鎖の生理機能を解明することを目的とした。最終年度は、PGAP4-KOマウスの生理機能の解析に加え、疾患との関わりについて解析した。まず生理機能については、PGAP4-KOマウスで記憶力の低下など脳機能の低下が認められることから、神経細胞やグリア細胞に変化が見られるかを調べた。その結果、神経細胞マーカー、グリア細胞(アストロサイト、オリゴデンドロサイト、ミクログリア)マーカータンパク質の発現は、PGAP4-KOマウスと野生型マウスの間で大きな変化は見られなかった。次に、疾患との関わりについては、プリオン病の発病までの期間について検討した。PGAP4-KOマウスの病原性Prion株に対する感受性を評価したところ、KOマウスは野生型マウスと比べて早期に構造異常化Prionの蓄積が見られ、早期に死亡することが明らかとなった。このことから、GPI側鎖は生理的に必要であるだけでなく、プリオン病発症の抑制にも重要であることが明らかとなった。この成果に関する論文が現在、Journal of Biological Chemistry誌にて印刷中である。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Jiangnan University(中国)
• [Journal Article] Loss of the N-acetylgalactosamine side chain of the GPI-anchor impairs bone formation and brain functions and accelerates the prion disease pathology. (2022)
  • Author(s): Tetsuya Hirata, Atsushi Kobayashi, Tamio Furuse, Ikuko Yamada, Masaru Tamura, Hiroyuki Tomita, Yuko Tokoro, Akinori Ninomiya, Yoshitaka Fujihara, Masahito Ikawa, Yusuke Maeda, Yoshiko Murakami, Yasuhiko Kizuka, and Taroh Kinoshita.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: - Issue: 3 Pages: 101720-101720
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2022.101720
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Biology of Glycosylphosphatidylinositol (GPI)-anchor Side Chains and Free GPI (2021)
  • Author(s): Tetsuya Hirata
  • Journal Title: Trends in Glycoscience and Glycotechnology Volume: 33 Issue: 196 Pages: E129-E134
  • DOI: 10.4052/tigg.2041.1E
  • NAID: 130008120294
  • ISSN: 0915-7352, 1883-2113
  • Year and Date: 2021-11-25
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Human SND2 mediates ER targeting of GPI-anchored proteins with low hydrophobic GPI attachment signals (2021)
  • Author(s): Jing Yang, Tetsuya Hirata, Yi-Shi Liu, Xin-Yu Guo, Xiao-Dong Gao, Taroh Kinoshita, and Morihisa Fujita
  • Journal Title: FEBS Letters Volume: in press
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] GPIアンカーのGalNAc側鎖の生理的、病理的な役割 (2021)
  • Author(s): 平田哲也
  • Organizer: 第94回 日本生化学会大会
  • Invited