液-液相分離によるシナプス-ナノ構築の制御機構の解明

• Project/Area Number: 23K23986
• Project/Area Number (Other): 22H02723 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 46010:Neuroscience-general-related
• Research Institution: Nagoya University (2024); National Institute for Physiological Sciences (2022-2023)
• Principal Investigator: 深田 優子 名古屋大学, 医学系研究科, 准教授 (40416186)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,420,000 (Direct Cost: ¥13,400,000、Indirect Cost: ¥4,020,000); Fiscal Year 2024: ¥5,070,000 (Direct Cost: ¥3,900,000、Indirect Cost: ¥1,170,000); Fiscal Year 2023: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2022: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
• Keywords: シナプス / 液-液相分離 / ナノカラム / ナノ構築 / ナノドメイン

Outline of Research at the Start

神経シナプスでは、情報を伝える側のシナプス前部と、情報を受け取る側のシナプス後部が協調して機能することが不可欠である。近年の超解像観察により、シナプス前部とシナプス後部のシナプス伝達に関わる蛋白質は、ナノメートルレベルで対面整列していることが分かってきた。本研究では、(1)シナプス前部、後部の蛋白質が対面整列を維持する分子機構を明らかにし、(2)疾患において、この機構がどのように破綻するのかを明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

神経シナプスでは、シナプス前部と後部が協調して作動して、神経細胞間の情報伝達が行われる。近年の超解像観察により、シナプス前部の神経伝達物質放出に関わるタンパク質とシナプス後部の受容体集積に関わるタンパク質は、シナプス膜局所でナノドメインを形成しており、これらがナノスケールで対面整列することが精緻なシナプス伝達に重要であることが分かってきた（シナプス-ナノカラム仮説）。一方、PSD-95やSynGAP等のシナプスタンパク質は、試験管内で液-液相分離(相分離)を介して膜によらない区画(液滴)を形成するが、シナプス-ナノ構築における相分離の生理的意義は明らかではない。本研究では、(1) “種々のシナプス構成タンパク質が相分離を駆動し、ナノカラムを構築維持する”という仮説を検証し、(2)構成タンパク質の疾患変異がナノカラム形成と相分離に与える影響を明らかにする。さらに、(3)神経細胞-グリア細胞間の相互作用における相分離の関与と機能を明らかにすることを目的とする。2022年度は、様々なシナプス構成タンパク質を組換えタンパク質として精製し、試験管内で液-液相分離を検証することが可能な実験系(沈降実験やイメージング実験等)を構築した。また、神経細胞軸索とオリゴデンドロサイト間に見られる特殊な膜区画（ノード、パラノードや傍パラノード）の形成に関わるタンパク質群を精製した。今後、これら精製タンパク質を様々な組み合わせで混合し、相分離が駆動されるかを検証していく。

Current Status of Research Progress

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

Reason

液-液相分離を特異的に検証することができる実験系(沈降実験やイメージング実験等)を構築し、様々なシナプスタンパク質精製標品を得た。

Strategy for Future Research Activity

1. 液-液相分離を駆動するシナプスタンパク質の組み合わせを検討する。
2. 神経細胞軸索とオリゴデンドロサイト間の膜区画（ノード、パラノードや傍パラノード）の形成機構を解明すると共に、液-液相分離の関与を検討していく。

Research Products

• [Int'l Joint Research] UCL/The University of Edinburgh(英国)
• [Int'l Joint Research] University of Helsinki(フィンランド)
• [Int'l Joint Research] Erasmus University/Leiden University(オランダ)
• [Int'l Joint Research] DZNE/Charite-Universitatsmedizin(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] Charles University in Prague(チェコ)
• [Int'l Joint Research]
• [Journal Article] Anti-LGI4 antibody is a novel juxtaparanodal autoantibody for chronic inflammatory demyelinating polyneuropathy (2023)
  • Author(s): Zhang X, Kira J, Ogata H, Imamura T, Mitsuishi M, Fujii T, Kobayashi M, Kitagawa K, Namihira Y, Ohya Y, Maimaitijiang G, Yamasaki R, Fukata Y, Fukata M, Isobe N, Nakamura Y.
  • Journal Title: Neurology Neuroimmunology and Neuroinflammation Volume: 10(2) Issue: 2 Pages: 1-13
  • DOI: 10.1212/nxi.0000000000200081
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] S-Palmitoylation of Tyrosinase at Cysteine500 Regulates Melanogenesis (2023)
  • Author(s): Niki Yoko、Adachi Naoko、Fukata Masaki、Fukata Yuko、Oku Shinichiro、Makino-Okamura Chieko、Takeuchi Seiji、Wakamatsu Kazumasa、Ito Shosuke、Declercq Lieve、Yarosh Daniel B.、Mammone Tomas、Nishigori Chikako、Saito Naoaki、Ueyama Takehiko
  • Journal Title: Journal of Investigative Dermatology Volume: 143 Issue: 2 Pages: 317-327.e6
  • DOI: 10.1016/j.jid.2022.08.040
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] てんかん発症を抑制するためのLGI1-ADAM22タンパク質複合体の量的制御機構 (2023)
  • Author(s): 横井紀彦、深田優子、深田正紀
  • Journal Title: 生化学 Volume: -
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Biallelic ADAM22 pathogenic variants cause progressive encephalopathy and infantile-onset refractory epilepsy (2022)
  • Author(s): van der Knoop M Marieke M*、Maroofian Reza*、Fukata Yuko*、van Ierland Yvette、Karimiani G Ehsan、Lehesjoki Anna-Elina、Muona Mikko、Paetau Anders、Miyazaki Yuri、Hirano Yoko、Selim Laila、-----32名-----、Striano Pasquale、Severino Mariasavina、Fukata Masaki#、Hilhorst-Hofstee Yvonne#、Houlden Henry#
  • Journal Title: Brain Volume: - Issue: 7 Pages: 2301-2312
  • DOI: 10.1093/brain/awac116
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Insight into the function of a unique voltage-sensor protein (TMEM266) and its short form in mouse cerebellum (2022)
  • 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
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] シナプスのナノ構築機構と病態 (2023)
  • Author(s): 深田優子、横井紀彦、宮﨑裕理、深田正紀
  • Organizer: 第128回日本解剖学会総会・全国学術集会
  • Invited
• [Presentation] Function and regulation of ADAM22, a receptor for LGI1, in epileptic disorders (2022)
  • Author(s): Fukata M, Fukata Y
  • Organizer: SYNABS & CONNECT-GENERATE Symposium 2022
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 14-3-3 proteins stabilize LGI1-ADAM22 levels to prevent epilepsy in mice (2022)
  • Author(s): Yokoi N, Fukata Y, Okatsu K, Yamagata A, Liu Y, Sanbo M, Miyazaki Y, Goto T, Hirabayashi M, Fukai S, Fukata M
  • Organizer: The 45th annual meeting of the Japan Neuroscience Society. 2022
• [Presentation] Proteomic characterization of ABHD17B, a depalmitoylating enzyme, in the mouse brain (2022)
  • Author(s): Egawa T, Hirata T, Yokoi N, Miyazaki Y, Sanbo M, Goto T, Inahashi H, Kobayashi K, Hirabayashi M, Fukata Y, Fukata M
  • Organizer: 第95回日本生化学大会
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: https://www.nips.ac.jp/fukata/
• [Remarks] 研究報告_生理研ホームページ
  • URL: https://www.nips.ac.jp/nips_research/2022/04/_adam22_17.html