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Analysis of lipid regulation of neurotransmitter receptors using photo-sensitive amino acid

Research Project

Project/Area Number 22KF0249
Project/Area Number (Other) 22F22384 (2022)
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeMulti-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022)
Section外国
Review Section Basic Section 43040:Biophysics-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

岡村 康司  大阪大学, 大学院医学系研究科, 教授 (80201987)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) ANDRIANI RIZKI  大阪大学, 大学院医学系研究科, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2023-03-08 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2024: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2022: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Keywords電位感受性ホスファターゼVSP / イオンチャンネル / 非天然アミノ酸 / イオンチャネル / 受容体
Outline of Research at the Start

脂質分子による神経伝達物質受容体の調節機構の解明は、てんかんや疼痛などの神経疾患や統合失調症や双極性障害などの精神神経疾患の克服において重要な基礎をあたえる。これまで脂質分子による調節機構の理解は、アミノ酸を変異させる技術によって大きく進展してきたが、異なる細胞での解析であるため二次的な影響が否定できないという問題があった。本研究では脂質が結合するアミノ酸分子の構造を光で変化させる技術を導入することによりこれを克服し神経伝達物質受容体の膜脂質による調節機構の理解を大きく進めることを目指している。

Outline of Annual Research Achievements

cryo-electron microscopyで、ヒトGABA(A)Rチャネルの構造において、PIP2と結合することが報告されている複数のアミノ酸部位にHCKを導入し、前年度にP2Xと、Kir2.1チャネルをモデルケースとして確立した手法により電気生理学的計測およびUV照射実験をおこなった。その結果、HCKのuncagingにより、電流が増加する部位と、電流増加が見られない部位とがあることが明らかになった。この結果は、Ci-VSP(Ciona intestinalis voltage sensing phosphatase)を強制発現させたXenopus oocyteでの、two electrode voltage clampとmutagenesisによる、PIP2感受性の解析結果と合致するものであった。さらに、Ci-VSPを共発現させて、HCKのuncaging前後でのPIP2 depletionへの感受性を検証した結果、HCKのuncagingにより電流増加が見られる部位の場合には、UV照射前後でPIP2 depletionへの感受性が大きく変化することが確認できた。これらのことはGABA(A)Rが極めて強いPIP2結合特性をもち、PIP2のリン酸との結合に関わる単一アミノ酸の変異により、結合親和性が変化したことを示している。またこれらの結果から、GABA(A)RへのPIP2の結合が、チャネル機能に重要であることが初めて明らかになった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

これまでのVSPのみを用いた方法では明らかにできなかったイオンチャネル活性のPIP2感受性が、はじめて解明できたことになり、従来VSPによるPIP2 depletionでネガティブな結果であっても、PIP2感受性がないとは結論できないということが判明した。またcaged lysineとVSPを組み合わせた手法は、イオンチャネルのみならず膜タンパク質のPIP2感受性を検出する、従来なかった新規のツールキットとなることを示した。

Strategy for Future Research Activity

今後MD計算などと組み合わせて、各アミノ酸部位のPIP2結合における役割を明らかにするとともに、変異実験またはHCKのuncaging実験の結果の検証を行うことで、PIP2がどのようにチャネル活性を調節しているのかが明らかにできると考えられる。またPIP2の結合親和性が、各アミノ酸部位の変異によりどのように変化するかを生化学的に検証する必要があり、発現型細胞からタンパク質を精製し、カロリメトリーや native mass解析などによって、PIP2との結合を定量的に調べる計画である。さらに、これまで解析されたGABA(A)Rは特定のサブユニット構成のみであったが、他の組み合わせの場合にPIP2感受性がどのように多様であるのかを調べることで生理学的意義の理解に迫りたい。

Report

(2 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2024 2023 2022

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] PI(4,5)P2 binding to α subunit regulates channel activities of mammalian GABAA receptors as revealed by the method of photocaged amino acid.2024

    • Author(s)
      Rizki Tsari Andriani, Risa Mori-Kreiner, Natsuki Mizutani, Daisuke Yoshioka, Takafumi Kawai, and Yasushi Okamura
    • Journal Title

      Journal of Physiological Sciences

      Volume: - Pages: 261-261

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Role of K364 next to the active site cysteine in voltage-dependent phosphatase activity of Ci-VSP2023

    • Author(s)
      Paixao Ian Costa、Mizutani Natsuki、Matsuda Makoto、Andriani Rizki Tsari、Kawai Takafumi、Nakagawa Atsushi、Okochi Yoshifumi、Okamura Yasushi
    • Journal Title

      Biophysical Journal

      Volume: - Issue: 11 Pages: 2267-2284

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2023.01.022

    • Related Report
      2023 Research-status Report 2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Insight into the function of a unique voltage-sensor protein (TMEM266) and its short form in mouse cerebellum2022

    • Author(s)
      Kawai T、Narita H、Konno K、Akter S、Andriani RT、Iwasaki H、Nishikawa S、Yokoi N、Fukata Y、Fukata M、Wiriyasermkul P、Kongpracha P、Nagamori S、Takao K、Miyakawa T、Abe M、Sakimura K、Watanabe M、Nakagawa A、Okamura Y
    • Journal Title

      Biochemical Journal

      Volume: 479 Issue: 11 Pages: 1127-1145

    • DOI

      10.1042/bcj20220033

    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] PI(4,5)P2 binding to α subunit regulates channel activities of mammalian GABAA receptors as revealed by the method of photocaged amino acid2024

    • Author(s)
      Rizki Tsari Andriani
    • Organizer
      第101回日本生理学会大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Voltage-sensing Phosphatase (VSP) Activity in Maturating Epidisymal Spermatozoa2024

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      河合喬文、岡村康司
    • Organizer
      先端モデル動物支援プラットフォーム(AdAMS)
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    • Author(s)
      大河内善史、山元康平、好岡大輔、阿部学、﨑村建司、岡村康司
    • Organizer
      先端モデル動物支援プラットフォーム(AdAMS)
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      2023 Research-status Report
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      水谷夏希、岡村康司
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      河合喬文、岡村康司
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      第115回近畿生理学談話会
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      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Application of photocaged amino acid in elucidating lipid modulation of GABA(A) receptors.2023

    • Author(s)
      Rizki Tsari Andriani, Risa Mori-Kreiner, Natsuki Mizutani, Daisuke Yoshioka, Takafumi Kawai, Yasushi Okamura
    • Organizer
      第115回近畿生理学談話会
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      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Voltage-sensing phosphoinositide phosphatase;mechanisms and functions.2023

    • Author(s)
      Okamura Y, Mizutani N, Kawai T, Ratanayotha A.
    • Organizer
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  • [Presentation] Single-molecule imaging to reveal a role of PI(4,5)P2-channel interaction in M-channel trafficking regulation in neurons.2023

    • Author(s)
      Yoshioka D, Okamura Y.
    • Organizer
      Faops2023 congress
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  • [Presentation] 電位依存性プロトンチャネルHv1の2量体化はERでの滞在時間を延ばす2023

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      大河内善史、神野有香、岡村康司
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      第96回日本生化学会大会
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  • [Presentation] AI解析を足掛かりとした電位依存性ホスファターゼVSPの基質特異性形成機構の解明2023

    • Author(s)
      水谷夏希、二井手哲平、清水浩、岡村康司
    • Organizer
      第96回日本生化学会大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Physiological roles and mechanisms of voltage sensing phosphatase, VSP2023

    • Author(s)
      Okamura Y
    • Organizer
      The 9th International Ion Channel Conference
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      2023 Research-status Report
  • [Presentation] H+輸送チャネル Hv1 に秘められた謎:人体と地球史軸から2023

    • Author(s)
      岡村康司、大河内善史、RIZKI TSARI ANDRIANI、水谷夏希
    • Organizer
      日本動物学会 第94回山形大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 神経における電位依存性カリウムチャネルの時空間動態解析2023

    • Author(s)
      好岡大輔、岡村康司
    • Organizer
      生理研研究会「構造情報を基盤とした膜機能分子の生理機能理解に向けて」
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Activities of voltage-gated proton channels on intracellular membranes.2023

    • Author(s)
      Yasushi Okamura
    • Organizer
      Biophysical Society Conferensces
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Zinc-mediated inhibition of voltage- and pH-gated Slo3 potassium channel activity2023

    • Author(s)
      Rizki Tsari Andriani, Yasushi Okamura, Takafumi Kawai
    • Organizer
      Ion Channel Modulation Symposium
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Inhibitory modulation of voltage- and pH-gated Slo3 potassium channel by zinc2023

    • Author(s)
      Rizki Tsari Andriani, Yasushi Okamura, Takafumi Kawai
    • Organizer
      The 100th Anniversary Annual Meeting of The Physiological Society of Japan
    • Related Report
      2022 Annual Research Report

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Published: 2022-11-17   Modified: 2024-12-25  

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