数理解析を目指したパルミトイル化シグナル伝達研究

• Project Area: Integrative understanding of biological signaling networks based on mathematical science
• Project/Area Number: 19H04974
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• 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): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥10,790,000 (Direct Cost: ¥8,300,000、Indirect Cost: ¥2,490,000); Fiscal Year 2020: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2019: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
• Keywords: パルミトイル化修飾 / ZDHHC / ABHD17 / シナプス / 数理解析

Outline of Research at the Start

タンパク質のパルミトイル化脂質修飾は、酵母から動・植物まで保存された普遍的な翻訳後修飾で、タンパク質の輸送や機能を制御する。近年の網羅的なプロテオミクス解析により、多種多様なパルミトイル化タンパク質が次々と報告されているが、そのシグナル伝達機構は殆ど不明である。本研究では、神経シナプスの中心的タンパク質であるPSD-95をモデルとして、パルミトイル化シグナル伝達機構の全容を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

パルミトイル化修飾は、可逆的な脂質修飾でタンパク質の局在や機能を動的に制御する。近年のプロテオミクス解析により、多種多様なパルミトイル化タンパク質が次々と報告されているが、そのシグナル伝達機構は殆ど不明である。本研究では、神経シナプスの中心的足場タンパク質であるPSD-95等をモデルとして、パルミトイル化シグナル伝達機構の全容を明らかにする。具体的には、(1)パルミトイル化反応の制御機構の解明、(2)パルミトイル化反応が可逆的である意義を解明する。
2020年度は、PSD-95の脱パルミトイル化酵素ABHD17の相互作用分子群の解析を進めた。2019年度にショットガン法にて同定したABHD17相互作用分子(263種)の中で、生理的に重要かつ新規性の高いと考えられた10種類余りのタンパク質について、解析を進めた。これら相互作用分子の結合特異性は、タグ付きABHD17ノックインマウスと野生型マウスの精製タンパク質プロファイルを比較することで評価した。また、PSD-95のパルミトイル化酵素の一つであるZDHHC2の基質タンパク質をパルミトーム解析により探索した。野生型マウス脳とZDHHC2ノックアウトマウス脳におけるパルミトームの比較により、in vivoにおけるZDHHC2特異的な基質タンパク質の有無を検討、解析した。これらの特異性と定量性を重視した生化学的解析により、ABHD17とDHHC2の反応機構、活性制御機構の解明に資する重要な知見を得た。さらに、パルミトイル化反応が可逆的である意義を明らかにするために、パルミトイル化サイクルを受けないPSD-95変異体の性状解析を推し進めた。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] UCSF/UCSD(米国)
• [Int'l Joint Research] DZNE(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] IST(オーストリア)
• [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] UCSF/Chicago University(米国)
• [Int'l Joint Research] Institut Curie(フランス)
• [Int'l Joint Research] DZNE(ドイツ)
• [Int'l Joint Research] UCL Institute of Neurology(英国)
• [Int'l Joint Research] University of Helsinki(フィンランド)
• [Int'l Joint Research]
• [Journal Article] LGI1-ADAM22-MAGUK configures transsynaptic nanoalignment for synaptic transmission and epilepsy prevention (2021)
  • Author(s): Fukata Yuko、Chen Xiumin、Chiken Satomi、Hirano Yoko、Yamagata Atsushi、Inahashi Hiroki、Sanbo Makoto、Sano Hiromi、Goto Teppei、Hirabayashi Masumi、Kornau Hans-Christian、Pruss Harald、Nambu Atsushi、Fukai Shuya、Nicoll Roger A.、Fukata Masaki
  • Journal Title: Proceedings of the National Academy of Sciences Volume: 118 Issue: 3 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1073/pnas.2022580118
  • NAID: 120006976050
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Canonical versus non-canonical transsynaptic signaling of neuroligin 3 tunes development of sociality in mice (2021)
  • Author(s): Yoshida T, Yamagata A, Imai A, Kim J, Izumi H, Nakashima S, Shiroshima T, Maeda A, Iwasawa-Okamoto S, Azechi K, Osaka F, Saitoh T, Maenaka K, Shimada T, Fukata Y, Fukata M, Matsumoto J, Nishijo H, Takao K, Tanaka S, Okabe S, Tabuchi K, Uemura T, Mishina M, Mori H & Fukai S
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12(1) Issue: 1 Pages: 1848-1848
  • DOI: 10.1038/s41467-021-22059-6
  • NAID: 120006996978
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Encephalitis patient derived monoclonal GABAA receptor antibodies cause catatonia and epileptic seizures (2021)
  • Author(s): Kreye Jakob、Wright Sukhvir K.、van Casteren Adriana、Machule Marie-Luise、Reincke S. Momsen、Nikolaus Marc、Stoffler Laura、van Hoof Scott、Sanchez-Sendin Elisa、Kornau Hans-Christian、Kaindl Angela M.、Wilson Max A.、Greenhill Stuart、他5名、Geis Christian、Fukata Yuko、Fukata Masaki、Pruss Harald
  • Journal Title: bioRxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/2021.01.28.428602
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] APEGS法によるタンパク質パルミトイル化修飾の定量 (2021)
  • Author(s): 深田正紀、横井紀彦、深田優子
  • Journal Title: 電気泳動 Volume: 65
  • NAID: 130008072916
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Forelimb movements evoked by optogenetic stimulation of the macaque motor cortex (2020)
  • Author(s): Watanabe H, Sano H, Chiken S, Kobayashi K, Fukata Y, Fukata M, Mushiake H, Nambu A
  • Journal Title: Nat Commun Volume: 11 Issue: 1 Pages: 3253-3253
  • DOI: 10.1038/s41467-020-16883-5
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A genetically encoded red fluorescence dopamine biosensor enables dual imaging of dopamine and norepinephrine (2020)
  • Author(s): Nakamoto Chihiro、Goto Yuhei、Tomizawa Yoko、Fukata Yuko、Fukata Masaki、Harpsoe Kasper、Gloriam David E.、Aoki Kazuhiro、Takeuchi Tomonori
  • Journal Title: bioRxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/2020.05.25.115162
  • Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The extracellular domain of angulin-1 and palmitoylation of its cytoplasmic region are required for angulin-1 assembly at tricellular contacts (2020)
  • Author(s): Yukako Oda, Taichi Sugawara, Yuko Fukata, Yasushi Izumi, Tetsuhisa Otani, Tomohito Higashi, Masaki Fukata, Mikio Furuse
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 295 Issue: 13 Pages: 4289-4302
  • DOI: 10.1074/jbc.ra119.010491
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Human Cerebrospinal Fluid Monoclonal LGI1 Autoantibodies Increase Neuronal Excitability (2020)
  • Author(s): Kornau Hans‐Christian、Kreye Jakob、Stumpf Alexander、Fukata Yuko、Parthier Daniel、Sammons Rosanna P.、Imbrosci Barbara、Kurpjuweit Sarah、Kowski Alexander B.、Fukata Masaki、Pruss Harald、Schmitz Dietmar
  • Journal Title: Annals of Neurology Volume: 87 Issue: 3 Pages: 405-418
  • DOI: 10.1002/ana.25666
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Dynamic palmitoylation controls the microdomain localization of the DKK1 receptors CKAP4 and LRP6 (2019)
  • Author(s): Sada Ryota、Kimura Hirokazu、Fukata Yuko、Fukata Masaki、Yamamoto Hideki、Kikuchi Akira
  • Journal Title: Science Signaling Volume: 12 Issue: 608 Pages: 9519-9519
  • DOI: 10.1126/scisignal.aat9519
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ABHD10 is an S-depalmitoylase affecting redox homeostasis through peroxiredoxin-5 (2019)
  • Author(s): Cao Yang、Qiu Tian、Kathayat Rahul S.、Azizi Saara-Anne、Thorne Anneke K.、Ahn Daniel、Fukata Yuko、Fukata Masaki、Rice Phoebe A.、Dickinson Bryan C.
  • Journal Title: Nature Chemical Biology Volume: 15 Issue: 12 Pages: 1232-1240
  • DOI: 10.1038/s41589-019-0399-y
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Targeting CCR5 trafficking to inhibit HIV-1 infection (2019)
  • Author(s): Boncompain Gaelle、Herit Floriane、Tessier Sarah、Lescure Aurianne、Del Nery Elaine、Gestraud Pierre、Staropoli Isabelle、Fukata Yuko、Fukata Masaki、Brelot Anne、Niedergang Florence、Perez Franck
  • Journal Title: Science Advances Volume: 5 Issue: 10
  • DOI: 10.1126/sciadv.aax0821
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Systematic Screening of Depalmitoylating Enzymes and Evaluation of Their Activities by the Acyl-PEGyl Exchange Gel-Shift (APEGS) Assay (2019)
  • Author(s): Kanadome T, Yokoi N, Fukata Y, Fukata M.
  • Journal Title: Methods Mol Biol Volume: 印刷中 Pages: 83-98
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-9532-5_7
  • ISBN: 9781493995318, 9781493995325
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Limbic Encephalitis in a Cat with Hippocampal Necrosis, putatively associated with DCC (deleted in colorectal cancer; Netrin-1 Receptor) Antibodies (2019)
  • Author(s): Hasegawa D, Ohnishi Y, Koyama E, Matsunaga S, Ohtani S, Nakanishi A, Shiga T, Chambers JK, Uchida K, Yokoi N, Fukata Y, Fukata M.
  • Journal Title: J Vet Intern Med Volume: 印刷中 Issue: 3 Pages: 1440-1445
  • DOI: 10.1111/jvim.15492
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Acyl-PEGyl exchange gel-shift (APEGS) assay for palmitoylation quantification (2020)
  • Author(s): Fukata Masaki、Yokoi Norihiko、Fukata Yuko
  • Organizer: 第71回 日本電気泳動学会総会
  • Invited
• [Presentation] Synaptic function regulated by palmitate cycling on PSD-95 and trans-synaptic LGI1 and ADAM22 (2020)
  • Author(s): Fukata Masaki、Yuri Miyazaki、Yokoi Norihiko、Fukata Yuko
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] Synapse maturation regulated by palmitate cycling on PSD-95 and trans-synaptic LGI1 and ADAM22 (2019)
  • Author(s): Fukata Masaki
  • Organizer: CFC seminar series Spring
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] The LGI1-ADAM22 protein complex in synaptic transmission and synaptic disorders (2019)
  • Author(s): Fukata Masaki
  • Organizer: 2019 Korea-Yonsei-NIPS International Joint Symposium
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] シナプス成熟機構とその破綻による病態機構 (2019)
  • Author(s): 深田正紀
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] Physiological roles of trans-synaptic LGI1-ADAM22-MAGUK complex (2019)
  • Author(s): Fukata Yuko、Hirano Yoko、Inahashi Hiroki、Miyazaki Yuri、Yokoi Norihiko、Sanbo Makoto、Goto Teppei、Hirabayashi Masumi, Fukata Masaki
  • Organizer: Neuroscience Meeting SfN 2019
  • Int'l Joint Research
• [Book] 膜タンパク質工学ハンドブック (2020)
  • Author(s): 平野瑶子、宮﨑裕理、横井紀彦、平田哲也、深田正紀、深田優子
  • Total Pages: 17
  • Publisher: エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 9784860435370
• [Remarks] 研究室ホームページ
  • URL: https://www.nips.ac.jp/fukata/
• [Remarks] プレスリリース：神経シナプス間の軸調整を担う分子群を発見―新たなてんかん病態を解明―
  • URL: https://www.nips.ac.jp/release/2021/01/post_426.html