ユビキチン連結酵素PARKINを活性化するメカニズム

• Project Area: New aspect of the ubiquitin system : its enormous roles in protein regulation
• Project/Area Number: 25112522
• 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): 2013-04-01 – 2015-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2014)
• Budget Amount: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000); Fiscal Year 2014: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2013: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
• Keywords: PINK1 / リン酸化 / ユビキチン / Parkin / ミトコンドリア / パーキンソン病

Outline of Annual Research Achievements

申請者は既にPINK1のキナーゼ活性とParkinのユビキチン連結酵素(E3)活性が細胞内で良く相関すること，つまり「PINK1キナーゼ活性の欠損変異体によって、ミトコンドリアの膜電位低下時におけるParkinのE3酵素活性化が阻害されること」及び「恒常的活性型PINK1によって、ParkinのE3酵素活性がミトコンドリアの膜電位とは無関係に活性化されること」を見出していた．この補助金の初年度の成果として、ParkinのSer65がPINK1依存的にリン酸化されること、それがParkinの活性化に重要であることを報告した(Iguchi JBC 2013)。
本年度は、このSer65のリン酸化と、Parkinの活性中心であるCys431の露出との詳細な関係を明らかにした。Parkinの活性化を分子のレベルで記述すると、活性中心であるParkin Cys431とユビキチンがチオエステル結合した中間体の形成を介して機能することがわかった。海外グループによるParkinの立体構造解析から、このCys431が普段はParkin自身のRING0ドメインによって塞がれた形をしていることも示された。そこで、W403AやF463Aといった、これらのParkin自己阻害を脱抑制する変異をParkinに導入し、それらの脱抑制変異体とSer65のリン酸化不能(S54A)・リン酸化模倣(S54E/D)変異体を組み合わせてその影響を調べることで、「PINK1によるSer65のリン酸化とユビキチンとチオエステル結合中間体を形成する為のCys431露出とを結びつける」分子機構の解明を行なった。さらにその過程で、Parkinが活性化される為には、Parkinとは異なる PINK1 基質が必須であり、その基質がユビキチンであることを明らかにした。成果は、本年度に Nature 誌に掲載された。

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Ubiquitin is phosphorylated by PINK1 to activate parkin. (2014)
  • Author(s): Koyano, F., Okatsu, K., Kosako, H., Tamura, Y., Go, E., Kimura, M., Kimura, Y., Tsuchiya, H., Yoshihara, H., Hirokawa, T., Endo, T., Fon. E. A., Trempe, J. F., Saeki, Y., Tanaka, K., and Matsuda, N.
  • Journal Title: Nature Volume: 510(in press) Issue: 7503 Pages: 162-166
  • DOI: 10.1038/nature13392
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] リン酸化ユビキチンは新しいパーキンソン病発症の抑制因子である (2014)
  • Author(s): 小谷野史香、松田憲之
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 32 Pages: 2616-2620
• [Journal Article] 遺伝性パーキンソン病関連分子 PINK1 によってリン酸化されたユビキチンが Parkin を活性化する (2014)
  • Author(s): 松田憲之
  • Journal Title: 細胞工学 Volume: 33 Pages: 974-976
• [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
• [Presentation] PINK1 によってリン酸化されたユビキチンは Parkin を活性化する (2014)
  • Author(s): 小谷野史香、松田憲之
  • Organizer: 第37回 日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
  • Invited
• [Presentation] リン酸化ユビキチン：新たな「ミトコンドリア異常」伝達シグナル (2014)
  • Author(s): 松田憲之
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
  • Invited
• [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: Roppongi Hills
  • 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] 都医学研のプロジェクト紹介ページ
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/project/detail/ubiquitin.html
• [Remarks] 蛋白質代謝研究室ラボ HP
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/pro-meta/
• [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