ＧＰＣＲの短寿命ダイマーによる細胞内シグナルの制御：１分子イメジングによる解明

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13F03404
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 楠見 明弘 京都大学, 物質－細胞統合システム拠点, 教授 (50169992)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): ZHOU PENG 京都大学, 物質－細胞統合システム拠点, 外国人特別研究員
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: Gタンパク質共役型受容体 / オピオイド受容体 / ダイマー / シグナル伝達 / １分子イメジング / 解離速度

Outline of Annual Research Achievements

Gタンパク質共役型受容体（GPCR）の２量体化と下流のシグナル分岐機構は、ほとんど分かっていない。最近の我々の研究によって、GPCRに属する3つの型のオピオイド受容体 (ミュー、デルタ、カッパー
型)がホモダイマーとヘテロダイマーを作ることが分かってきた。いずれも、寿命は短く、80~120ミリ秒程度であり、ダイマーは形成されてもすぐにモノマーへと解離し、モノマーは、またすぐにダイマーを形成する。すなわち、モノマーとダイマーは極めて動的な平衡状態にある。
本年度の研究では、以下を明らかにした。
（１）昨年度に開発に成功した、超長時間1分子追跡の方法を用い（通常の10倍長く、1分子イメジングが継続できる）、オピオイド受容体が、EBP50と過渡的相互作用することを見いだした。
（２）EBP50 分子は、細胞質から細胞膜の細胞質側表面へとリクルートされ（何らかの膜分子に結合して）、しばらく拡散運動した後に、EBP50と過渡的な相互作用をした。また、EBP50がアクチン膜骨格に結合して静止したところに、オピオイド受容体が短時間結合するという過程も観察された。
（３）3種類のオピオイド受容体を用いて、ヘテロダイマー形成に関与する部位を同定することに成功した。すなわち、オピオイド受容体のN末の40アミノ酸と最初の膜貫通ドメインがヘテロダイマー形成をになっていることを見いだした。これは、受容体のアミノ酸を様々に改変し、また、これらの部位のアミノ酸配列をもつペプチドを合成して添加して見いだしたものである。また、C末の細胞内部分がホモダイマー形成に関わることを見いだした。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Confined diffusion of transmembrane proteins and lipids induced by the same actin meshwork lining the plasma membrane (2016)
  • Author(s): T. K. Fujiwara, K. Iwasawa, Z. Kalay, T. A. Tsunoyama, Y. Watanabe, Y. M. Umemura, H. Murakoshi, K. G. N. Suzuki, Y. L. Nemoto, N. Morone, and A. Kusumi
  • Journal Title: Mol. Biol. Cell Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1091/mbc.E15-04-0186
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Raft-based interactions of gangliosides with a GPI-anchored receptor (2016)
  • Author(s): N. Komura, K. G. N. Suzuki, H. Ando, M. Konishi, M. Koikeda, A. Imamura, R. Chadda, T. K. Fujiwara, H. Tsuboi, R. Sheng, W. Cho, K. Furukawa, K. Furukawa, Y. Yamauchi, H. Ishida, A. Kusumi (Co-Corresponding Author), and M. Kiso
  • Journal Title: Nat. Chem. Biol. Volume: in press Pages: in press
  • DOI: 10.1038/NCHEMBIO.2059
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Single-molecule tracking revealed organizing principles of the plasma membrane for signal transduction (2015)
  • Author(s): Akihiro Kusumi
  • Organizer: Cold Spring Harbor Asia Conferences "New Advances in Optical Imaging of Live Cells and Organisms"
  • Place of Presentation: 蘇州（中国）
  • Year and Date: 2015-12-09
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Single-molecule tracking revealed organizing principles of the plasma membrane for its signal transduction function (2015)
  • Author(s): Akihiro Kusumi
  • Organizer: Super Resolution Symposium
  • Place of Presentation: バンガロール（インド）
  • Year and Date: 2015-11-27
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Membrane mechanisms: Concerted action of membrane domains for signal transduction in the plasma membrane revealed by single-molecule tracking (2015)
  • Author(s): Akihiro Kusumi
  • Organizer: Depatmental Seminar: Research Center for Applied Sciences, Acadmia Sinica
  • Place of Presentation: 台北（台湾）
  • Year and Date: 2015-10-28
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Organizing principles of the plasma membrane for signal transduction as revealed by single-molecule tracking (2015)
  • Author(s): Akihiro Kusumi
  • Organizer: International Symposium on Frontiers in Bioimaging
  • Place of Presentation: 台北（台湾）
  • Year and Date: 2015-10-26
  • Int'l Joint Research / Invited