ヒスチジンのリン酸化を介した三量体Gタンパク質による神経軸索再生の制御機構

Research Project

Project/Area Number	21J15589
Research Category	Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Allocation Type	Single-year Grants
Section	国内
Review Section	Basic Section 43030:Functional biochemistry-related
Research Institution	Nagoya University
Principal Investigator	酒井芳樹名古屋大学, 理学研究科, 特別研究員(DC2)
Project Period (FY)	2021-04-28 – 2023-03-31
Project Status	Completed (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000) Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000) Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Keywords	ヒスチジンリン酸化 / 線虫 / 神経軸索再生 / 三量体Gタンパク質
Outline of Research at the Start	タンパク質のリン酸化は、タンパク質の機能を制御し、多様化させることで、複雑な生命活動の基盤を作る最も重要な翻訳後修飾である。興味深いことに、大腸菌や酵母、植物だけでなく、動物においても、タンパク質のヒスチジン残基がリン酸化を受けることが分かっているが、その生理的機能は分かっていない。申請者は、線虫C.elegansを用いた遺伝学的解析により、ヒスチジンリン酸化酵素として働くNDK-1が３量体Gタンパク質βサブユニットのヒスチジン残基をリン酸化することで、損傷した神経の再生を抑制することを見出した。本研究ではこの発見をさらに発展させ、ヒスチジンリン酸化による神経再生制御の仕組み解明を目指す。
Outline of Annual Research Achievements	動物において、セリン、スレオニン、チロシンのリン酸化だけでなく、ヒスチジンのリン酸化も存在することが分かっているが、その生理的意義はよく分かっていない。申請者は、線虫C.elegansを用いた遺伝学的解析から、ヒスチジンリン酸化酵素NDK-1が、3量体Gタンパク質βサブユニットGPB-1の266 番目のヒスチジンをリン酸化することで、損傷した神経軸索の再生を阻害することを見出した。一方で、ヒスチジン脱リン酸化酵素PHIP-1 が、GPB-1の266番目のヒスチジンを脱リン酸化することで、正常な神経再生を誘導することも遺伝学的に示された。本年度はまず、 NDK-1およびPHIP-1が、実際にGPB-1の266番目のヒスチジンをリン酸化、脱リン酸化することを、近年新たに作製されたリン酸化ヒスチジン抗体を用いて生化学的に明らかにした。そして、CRISPR/Cas9法によってGPB-1の266番目のヒスチジンがリン酸化されないgpb-1(H266F)変異体を作製し、この変異体では、NDK-1の過剰発現、またはPHIP-1の欠損による軸索再生の低下が起きないことを見出した。さらに、PHIP-1の酵素活性が、オートファジー開始リン酸化酵素であるULKの線虫ホモログUNC-51によるリン酸化によって制御されていることも明らかにした。よってヒスチジンリン酸化による生体制御の一例として線虫の神経軸索再生があること、またヒスチジンリン酸化酵素の活性を制御する仕組みがあることを明らかにし、本研究成果を国際学術誌に論文として発表した。
Research Progress Status	令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
Strategy for Future Research Activity	令和4年度が最終年度であるため、記入しない。