PINK1-Parkin介在性マイトファジーの分子機構の解明

• Project/Area Number: 23K06971
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 52020:Neurology-related
• Research Institution: Juntendo University
• Principal Investigator: 柴 佳保里 順天堂大学, 大学院医学研究科, 准教授 (30468582)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2025: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: Parkin / PINK1 / mitophagy

Outline of Research at the Start

本研究では、パーキンソン病治療に向けた創薬評定を策定を目指し、PINK1-Parkinを介したマイトファジーの分子機序の全貌の解明を目的とする。具体的には、２つのアプローチ（分子遺伝学的スクリーニングと生化学的スクリーニング）で同定した『PINK1-Parkinシグナルに関与する３分子』に関し、マイトファジーの隔離膜形成や神経ミトコンドリア機能への影響に焦点を当て、細胞生物学的解析とショウジョウバエ分子遺伝学的解析を組み合わせた分子機序解明を試みる。さらに、iPS細胞を用いて、ドパミン神経におけるそれら３分子の役割の評価も目的とする。

Outline of Annual Research Achievements

PINK1とParkinは若年性潜性パーキンソン病の原因遺伝子産物である。PINK1とParkinは協働して不良ミトコンドリアをリン酸化ポリユビキチン鎖で修飾し、マイトファジーで除去する。この現象は、ミトコンドリアの品質管理に重要であると考えられている。本研究では、生化学的スクリーニングとショウジョウバエ分子遺伝学的スクリーニングにて同定したPINK1-Parkinシグナル関連候補分子のマイトファジーにおいて果たす役割を解析し、パーキンソン病の病態解明の理解に貢献することを目的としている。
本年度、生化学的スクリーニングとsiRNA機能スクリーニングにて同定したPINK1-Parkinシグナル関連候補分子Aが、PINK1-Parkinシグナルの下流で活性化するキナーゼTBK1によってリン酸化修飾されることを見いだした。また、マイトファジーをモニターするレポーター mito-Keima-Redを用いて、分子Aがマイトファジー促進分子であることを観察した。一方、ショウジョウバエにおいて、分子AはPINK1-Parkinとミトコンドリア表現型、神経変性の表現型に関して遺伝学的相互作用を示し、さらに中枢ドパミン作動性ニューロンのミトコンドリア形態維持に関与していることを明らかにした。
ショウジョウバエ分子遺伝学的スクリーニングにおいて同定した分子Bにおいては、PINK1ノックアウトハエで観察される飛翔筋のミトコンドリア変性や運動機能障害が分子Bの機能喪失変異の導入で増悪することを確認した。また、分子Bの基本表現型として、ミトコンドリア形態異常や運動機能低下など、PINK1、Parkinノックアウトハエと類似した表現型を呈することを示した。
以上の成果は、PINK1、Parkinにリンクするパーキンソン病発症機構の解明の一助になると期待される。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

PINK1-Parkinシグナル伝達に関与する新規分子の解析を予定通りに進められている。また、これらの解析に必要なハエ系統の作製も問題なく進行している。

Strategy for Future Research Activity

PINK1-Parkinシグナルのどのステップにおいて分子Aが関与するのかを分子レベルで明らかにする。現在、分子AがTBK1だけでなく、オートファジーに関連する別のキナーゼによってもリン酸化される可能性を示唆するデータを得ている。今後、これらのキナーゼによるリン酸化部位を同定し、このリン酸化修飾がPINK1-Parkinマイトファジーにどのように影響するのかを明らかにする。また、オートファジーで機能する分子Aの新規結合分子を同定しており、これらの結合がマイトファジーに関与するのかを解析する。
分子Bに関しては、過剰発現系のハエの作製を進め、PINK1-Parkinノックアウトにおける表現型を修飾するか否かの確認を行う。また、分子Bは神経伝達物質の放出に関与することが報告されているので、神経機能における解析も進める予定である。