パーキンソン病発症を予防するミトコンドリアストレス応答機構の解析

• Project Area: Brain Environment
• Project/Area Number: 24111557
• 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: Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science
• Principal Investigator: 松田 憲之 公益財団法人東京都医学総合研究所, 生体分子先端研究分野, プロジェクトリーダー (10332272)
• Project Period (FY): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥23,400,000 (Direct Cost: ¥18,000,000、Indirect Cost: ¥5,400,000); Fiscal Year 2013: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2012: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000)
• Keywords: PINK1 / Parkin / ミトコンドリア / パーキンソン病 / ユビキチン

Research Abstract

申請者は研究計画に従って実験を行い、特に「異常なミトコンドリアが認識・識別される仕組み」に関して顕著な進展があった。つまり、研究計画書を申請した当時は、主流の仮説はPINK1の膜電位依存的な分解という「量的な制御」に注目したものであったが，申請者は本研究を通じてPINK1は「質的にも制御」されていることを示して、当該分野に大きなインパクトを与えた。詳細は以下の通りである。1) PINK1がミトコンドリアの膜電位の低下に伴って自己リン酸化される、2) この自己リン酸化は種々の患者由来の変異PINK1では阻害されている、3) MS解析とセリン／スレオニンに対する変異導入を組み合わせた実験から、PINK1の自己リン酸化部位はSer228とSer402である、4) この部位をアラニンに置換した変異体PINK1(S228A/S402A)はParkinをミトコンドリアに移行させることができないが，この部位をアスパラギン酸（リン酸基模倣アミノ酸）に置換した変異PINK1(S228D/S402D)は自己リン酸化非依存的にParkinをミトコンドリアに移行させる。これらの成果は「PINK1のSer228/Ser402自己リン酸化を介した質的制御が異常なミトコンドリアの認識に決定的に重要である」ことを示しており、2012年に英文原著論文として報告した(Nat Comm)。
さらに本年度は、NAMOS (Native Antibody-based MObility-Shift)アッセイなどを駆使してPINK1の質的制御に関する解析をさらに発展させて、PINK1が膜電位の低下時にTOM複合体を含む巨大分子量複合体を形成するとともに、その中で２量体を形成しており、その２量体形成が上記PINK1自己リン酸化に必須の役割を果たしていることを報告した(Okatsu, JBC, 2013)。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] A dimeric PINK1-containing complex on depolarized mitochondria stimulates Parkin recruitment (2013)
  • Author(s): Kei Okatsu, Midori Uno, Fumika Koyano, Etsu Go, Mayumi kimura, Toshihiko Oka, Keiji Tanaka, Noriyuki Matsuda
  • Journal Title: The Journal of Biological Chemistry Volume: 288 Issue: 51 Pages: 36372-84
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.509653
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Parkin catalyzed ubiquitin-ester transfer is triggered by PINK1-dependent phosphorylation (2013)
  • Author(s): Masahiro Iguchi, Yuki Kujuro, Kei Okatsu, Fumika Koyano, Hidetaka Kosako, Mayumi Kimura, Norihiro Suzuki, Shinichiro Uchiyama, Keiji Tanaka, Noriyuki Matsuda
  • Journal Title: The Journal of Biological Chemistry Volume: 288 Issue: 30 Pages: 22019-32
  • DOI: 10.1074/jbc.m113.467530
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The principal PINK1 and Parkin cellular events triggered in response to dissipation of mitochondrial membrane potential also occur in primary neurons (2013)
  • Author(s): Fumika Koyano, Kei Okatsu, Shinsuke Ishigaki, Yusuke Fujioka, Mayumi Kimura, Keiji Tanaka, Noriyuki Matsuda
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 18 Issue: 8 Pages: 672-81
  • DOI: 10.1111/gtc.12066
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mitochondrial hexokinase HKI is a novel substrate of the Parkin ubiquitin ligase (2012)
  • Author(s): Okatsu, K., Iemura, S-I., Koyano, F., Go, E., Kimura, M., Natsume, T., Tanaka, K., and Matsuda, N
  • Journal Title: Biochem. Biophys. Res. Commun Volume: 428 (1) Issue: 1 Pages: 197-202
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2012.10.041
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] PINK1 autophosphorylation upon membrane potential dissipation is essential for Parkin recruitment to damaged mitochondria (2012)
  • Author(s): 尾勝圭
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 3 Issue: 1 Pages: 1016-1016
  • DOI: 10.1038/ncomms2016
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Identification of the Genuine Substrate of PINK1 that Activates Parkin (2014)
  • Author(s): Noriyuki Matsuda
  • Organizer: Keystone Symposium, Mitochondrial Dynamics and Physiology (Q5)
  • Place of Presentation: Santa Fe Community Convention Center, Santa Fe, New Mexico, USA
  • Invited
• [Presentation] 遺伝性パーキンソン病の関連因子 PINK1 と Parkin がミトコンドリア異常をモニターする仕組み (2013)
  • Author(s): 松田憲之
  • Organizer: 第86回 日本生化学会大会シンポジウム「ミトコンドリアワールド：エネルギー生産から生体内環境保全まで」
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Invited
• [Presentation] Parkin catalyzes ubiquitylation on damaged mitochondria via a (ubiquitin-ester)-transfer rather than an E2-recruitment (2013)
  • Author(s): Noriyuki Matsuda and Keiji Tanaka
  • Organizer: International Symposium on Mitochondria 2013
  • Place of Presentation: 東京（Roppongi Hills）
  • Invited
• [Presentation] 家族性パーキンソン病の責任遺伝子産物 Parkin のE3 酵素活性はミトコンドリアによって制御される (2012)
  • Author(s): 松田憲之
  • Organizer: 第85回 日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 福岡（福岡国際会議場）
  • Year and Date: 2012-12-14
  • Invited
• [Presentation] PINK1 による「ミトコンドリア異常」シグナル：膜電位の低下は PINK1 の自己リン酸化を介して伝達される (2012)
  • Author(s): 松田憲之
  • Organizer: 第35回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: 名古屋（名古屋国際会議場）
  • Year and Date: 2012-09-18
  • Invited
• [Presentation] Parkin catalyzes ubiquitylation via a (ubiquitin-ester)-transfer rather than an E2-recruitment
  • Author(s): Noriyuki Matsuda and Keiji Tanaka
  • Organizer: 4th IGAKUKEN International Symposium on Cutting-edge of the Ubiquitin-Proteasome System
  • Place of Presentation: 公益財団法人東京都医学総合研究所
  • Invited
• [Remarks] 蛋白質代謝研究室ラボ HP
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/pro-meta/
• [Remarks] パーキンソン病発症を抑える分子メカニズムを解明
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/research/topics/2012/0822.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] パーキンソン病のバイオマーカーおよびその利用 (2014)
  • Inventor(s): 松田憲之、小谷野史香、尾勝圭、呉越、木村まゆみ、佐伯泰
  • Industrial Property Rights Holder: 松田憲之、小谷野史香、尾勝圭、呉越、木村まゆみ、佐伯泰
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2014-02-18