神経シナプス膜のナノドメイン構築と脂質環境

• Project Area: Quality of lipids in biological systems
• Project/Area Number: 16H01371
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: National Institute for Physiological Sciences
• Principal Investigator: 深田 正紀 生理学研究所, 分子細胞生理研究領域, 教授 (00335027)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥9,880,000 (Direct Cost: ¥7,600,000、Indirect Cost: ¥2,280,000); Fiscal Year 2017: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2016: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000)
• Keywords: 脂質 / シナプス / 蛋白質 / シナプス伝達 / パルミトイル化修飾 / 脱パルミトイル化修飾 / ABHD17 / PSD-95 / 脳・神経 / 酵素 / 生理学 / ナノドメイン / 脱パルミトイル化酵素

Outline of Annual Research Achievements

神経シナプスは、シナプス伝達に関わる機能蛋白質が高度に集積する特殊な細胞膜領域からなる。蛋白質構成に加え固有の膜脂質構成がシナプスの微小膜環境を形成すると予測されるが、その脂質環境の本態や生理機能はいまだ不明である。これまでに私共は(1)シナプス後膜（PSD）の足場蛋白質PSD-95のパルミトイル化脂質修飾が、PSD構成単位である“PSDナノドメイン”の形成を担うこと、(2)シナプス膜に集積する蛋白質の多くが、高度かつ多重にパルミトイル化されていることを見出した。そこで本研究では、パルミトイル化脂質修飾のON・OFFを担う酵素群がナノドメイン脂質環境に与える影響、神経機能における生理機能を明らかにすることを目指す。平成28年度、私共はPSD-95脱パルミトイル化酵素としてα/β-hydrolase domain-containing protein（ABHD）17A、17B、17Cを同定した。しかし、ABHD17酵素の基質特異性、活性制御機構、細胞内局在、生理機能については未だ十分に明らかにされていない。そこで平成29年度は、オランダ・ユトレヒト大学のHoogenraad博士との共同研究を通じて、ABHD17の新規基質として微小管結合タンパク質MAP6同定した。MAP6はパルミトイル化修飾により輸送小胞膜に局在するが、ABHD17により脱パルミトイル化をうけると小胞膜から離脱し、微小管に結合することを見出した。そしてMAP6は微小管を安定化し、軸索形成や神経細胞の極性化を促進することを見出した（Tortosa E et al, Neuron 2017）。このように、パルミトイル化サイクルがシナプス機能のみならず、軸索形成や神経細胞の成熟・極性化にも重要な役割を担うことを明らかにした。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Utrecht University(オランダ)
• [Int'l Joint Research] University of California, San Francisco(米国)
• [Int'l Joint Research] University of Helsinki(Finland)
• [Int'l Joint Research] DZNE(Germany)
• [Journal Article] Structural basis of epilepsy-related ligand-receptor complex LGI1-ADAM22 (2018)
  • Author(s): Yamagata A, Miyazaki Y, Yokoi N, Shigematsu H, Sato Y, Goto-Ito S, Maeda A, Goto T, Sanbo M, Hirabayashi M, Shirouzu M, Fukata Y, Fukata M, Fukai S
  • Journal Title: Nat Commun Volume: 印刷中
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Neurobiology of autoimmune encephalitis. (2018)
  • Author(s): Fukata M, Yokoi N, Fukata Y.
  • Journal Title: Curr Opin Neurobiol Volume: 48 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1016/j.conb.2017.07.012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] パルミトイル化修飾酵素を軸とした神経機能研究 (2018)
  • Author(s): 平田 哲也，深田 優子，深田 正紀
  • Journal Title: 生化学 Volume: 90
  • NAID: 40021617357
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Dynamic Palmitoylation Targets MAP6 to the Axon to Promote Microtubule Stabilization during Neuronal Polarization (2017)
  • Author(s): Tortosa E, Adolfs Y, Fukata M, Pasterkamp RJ, Kapitein LC, Hoogenraad CC
  • Journal Title: Neuron Volume: 94 Issue: 4 Pages: 809-825
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2017.04.042
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Secreted Metalloproteinase ADAMTS-3 Inactivates Reelin (2017)
  • Author(s): Ogino H, Hisanaga A, Kohno T, Kondo Y, Okumura K, Kamei T, Sato T, Asahara H, Tsuiji H, Fukata M, Hattori M
  • Journal Title: J Neurosci Volume: 37 Issue: 12 Pages: 3181-3191
  • DOI: 10.1523/jneurosci.3632-16.2017
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] In situ screening for postsynaptic cell adhesion molecules during synapse formation. (2017)
  • Author(s): Uemura T, Maeda A, Yasumura M, Shimada T, Fukata Y, Fukata M, Yoshida T
  • Journal Title: Journal of Biochemistry Volume: 印刷中 Pages: 295-302
  • DOI: 10.1093/jb/mvx030
  • NAID: 40021380573
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Coupling of a voltage-gated Ca2+ channel homologue with a plasma membrane H+-ATPase in yeast (2017)
  • Author(s): Cho T, Ishii-Kato A, Fukata Y, Nakayama Y, Iida K, Fukata M, Iida H
  • Journal Title: Genes Cells Volume: 22 Issue: 1 Pages: 94-104
  • DOI: 10.1111/gtc.12458
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Epilepsy and synaptic proteins (2017)
  • Author(s): Fukata Y, Fukata M
  • Journal Title: Curr Opin Neurobiol Volume: 45 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1016/j.conb.2017.02.001
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Astrocyte-mediated infantile-onset leukoencephalopathy mouse model (2017)
  • Author(s): Sugio S, Tohyama K, Oku S, Fujiyoshi K, Yoshimura T, Hikishima K, Yano R, Fukuda T, Nakamura M, Okano H, Watanabe M1, Fukata M, Ikenaka K, F Tanaka K
  • Journal Title: Glia Volume: 65 Issue: 1 Pages: 150-168
  • DOI: 10.1002/glia.23084
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The LGI1-ADAM22 protein complex in synaptic transmission and synaptic disorders (2017)
  • Author(s): Fukata Y, Yokoi N, Miyazaki Y, Fukata M
  • Journal Title: Neurosci Res Volume: 116 Pages: 39-45
  • DOI: 10.1016/j.neures.2016.09.011
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Identification of PSD-95 depalmitoylating enzymes (2016)
  • Author(s): Yokoi N*, Fukata Y*, Sekiya A, Murakami T, Kobayashi K, Fukata M
  • Journal Title: J Neurosci Volume: 36 Issue: 24 Pages: 6431-6444
  • DOI: 10.1523/jneurosci.0419-16.2016
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] Pathophysiological role of epilepsy-related LGI1 and ADAM22 in hippocampal synaptic development (2017)
  • Author(s): Masaki Fukata
  • Organizer: Spring Hippocampal Research Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Local palmitoylation machinery in the postsynaptic nanodomain organization (2017)
  • Author(s): Masaki Fukata
  • Organizer: 5th Annual iGluR Retreat
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Role of local palmitoylation machinery in the postsynaptic nanodomain organization (2017)
  • Author(s): Masaki Fukata, Norihiko Yokoi, Yuko Fukata
  • Organizer: 13th International congress of the Polish Neuroscience Society
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 局所パルミトイル化サイクルによるシナプス・ナノドメイン構築 (2017)
  • Author(s): Masaki Fukata
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
  • Invited
• [Presentation] Regulatory mechanisms for AMPA receptors through PSD-95 (2016)
  • Author(s): Masaki Fukata
  • Organizer: The 47th NIPS International Symposium “Decoding Synapses”
  • Place of Presentation: 岡崎コンファレンスセンター、岡崎市、愛知県
  • Year and Date: 2016-10-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Regulators of glutamate receptors and epilepsy (2016)
  • Author(s): Masaki Fukata
  • Organizer: 第50回日本てんかん学会学術集会
  • Place of Presentation: グランシップ、静岡市、静岡県
  • Year and Date: 2016-10-07
  • Invited
• [Presentation] Postsynaptic nanodomains regulated by local palmitoylation machinery (2016)
  • Author(s): Masaki Fukata, Norihiko Yokoi, Atsushi Sekiya, Tatsuro Murakami, Kenta Kobayashi, Yuko Fukata
  • Organizer: 10th Forum of Neuroscience (FENS)
  • Place of Presentation: Bella Center, Copenhagen, Denmark
  • Year and Date: 2016-07-02
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Molecular mechanisms of PSD95 (de)palmitoylation (2016)
  • Author(s): Masaki Fukata
  • Organizer: Invited Lecture at Medizinische Hochschule Hannover
  • Place of Presentation: Hannover, Germany
  • Invited
• [Presentation] Postsynaptic nanodomains regulated by local palmitoylation machinery (2016)
  • Author(s): Masaki Fukata
  • Organizer: Invited Lecture at Deutsches Zentrum fur Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE)
  • Place of Presentation: Magdeburg, Germany
  • Invited
• [Presentation] The LGI1-ADAM22 protein complex in synaptic transmission and disorders (2016)
  • Author(s): Masaki Fukata
  • Organizer: Brain protein aging and dementia control: International workshop 2016
  • Place of Presentation: 名古屋大学医学部鶴友会館、名古屋市、愛知県
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] メンブレントラフィック (2016)
  • Author(s): 深田優子、横井紀彦、宮崎裕理、深田正紀
  • Publisher: 化学同人
• [Remarks] 自然科学研究機構 生理学研究所 生体膜研究部門ホームページ
  • URL: http://www.nips.ac.jp/fukata/
• [Remarks] シナプス蛋白質PSD-95の局在を調節する酵素の同定
  • URL: http://www.nips.ac.jp/nips_research/2016/06/psd-95.html
• [Remarks] 生理学研究所 生体膜研究部門ホームページ
  • URL: http://www.nips.ac.jp/fukata/