2018 Fiscal Year Annual Research Report
CaMKII acts as a protein hub to accumulate and activate synaptic proteins
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17K14947
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
細川 智永 京都大学, 医学研究科, 特定研究員 (30602883)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | シナプス可塑性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
神経細胞のシナプスには多数のタンパク質が密集し複雑なシグナル経路を形成しているが、なぜ密集するのか、なぜ複雑な経路が破綻しないのかわかっていない。主要なシナプスタンパク質のカルシウム/カルモデュリン依存性キナーゼII(CaMKII)はキナーゼでありながらもキナーゼらしからぬ、構造タンパク質に類似した特徴も持っている。そこで我々はCaMKIIのキナーゼと構造タンパク質の二面性が、多数のタンパク質をシナプスに密集させ、同時に複雑なシグナル経路を制御している、いわばハブのような役割を果たしているという仮説を立てた。本研究はこの仮説を証明することでシナプスの構造と性質を明らかにし記憶・学習・疾患の解明に貢献することを目的としている。
CaMKIIのシナプス後肥厚（PSD）における役割を探るため、FRET技術を用いてPSDのCaMKIIの活性を測定したところ、半数近くのCaMKII分子が活性化状態にあることが明らかになった。そこでCaMKIIの阻害剤を用いて下流基質のリン酸化状態を観察したところ、徐々にリン酸化を失っていくことが分かった。これらのことは、CaMKIIが定常状態のシナプスにおいてシグナル伝達を制御していることを示している。そこでPSDにおけるCaMKIIの結合パートナーを質量分析により網羅的に探索したところ、既知の結合パートナーを含む多数の蛋白質が同定された。これらの蛋白質とCaMKIIの結合は生化学的手法によっても確認された。
この結合の生理的意義を調べるため、香港科技大学との共同研究のもと、人工PSDを用いた。これは精製したPSDタンパク質を混合していくことでPSDと似た性質を持つ構造体をin vitroで作成する手法である。CaMKIIの存在下でカルシウムを添加しCaMKIIを活性化させたところ、PSDの顕著な拡大が見られた。このことは本研究の仮説であるCaMKIIの構造的役割を強く示唆している。
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