2019 Fiscal Year Research-status Report
Analysis of physiological function of DYRK1A-WDR68 complex
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18K06131
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
宮田 愛彦 京都大学, 生命科学研究科, 助教 (70209914)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | DYRK1A / WDR68 / WD40ドメイン / タンパク質キナーゼ / シグナル伝達 / タンパク質間相互作用 / FAM53C |
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| Outline of Annual Research Achievements |
DYRK1Aは脳・神経系の発生および機能に重要なキナーゼで、その過剰発現はダウン症候群の原因の一つである。また最近、DYRK1A遺伝子の変異による機能不全が自閉症スペクトラム障害と強く相関すること、アルツハイマー型認知症とDYRK1Aとに密接な関連が見られること、注意欠如多動性障害(ADHD)とDYRK1Aの発現量とに関連が見られること、DYRK1Aの欠損がMRD7という精神遅滞症候群の原因であること、などが明らかにされ、DYRK1Aがヒト脳の構造と機能に大きな生理的役割を持つと想定される。これまでの研究でDYRK1Aの細胞内結合タンパク質として植物からヒトに至る広範な種間でアミノ酸配列が高度に保存されたWD40リピートタンパク質であるWDR68(DCAF7)を同定し、その機能と構造の解析を行なった。さらに新規のDYRK1A結合タンパク質を探索し、有力な結合タンパク質候補としてFAM53Cを同定した。FAM53Cは生化学的・生理学的な機能がこれまで解析されておらず、機能未知のタンパク質である。そこでDYRK1AとFAM53Cとの相互作用とその生理的機能について解析を行なった。ヒトFAM53C遺伝子を新たに単離し、COS7等の哺乳類培養細胞に発現後、共免疫沈降実験により相互作用の解析を行なった。その結果、DYRK1AとFAM53Cが細胞内で物理的に結合して複合体を形成すること、DYRK1AのキナーゼドメインがFAM53Cの認識結合部位であること、またDYRK1Aの類似分子であるDYRK1BもFAM53Cと結合することなどが明らかとなった。さらにDYRK1AはFAM53Cをリン酸化する可能性も示唆された。WDR68はDYRK1Aを介してFAM53Cと共に同一の複合体を形成することからDYRK1AがFAM53とWDR68とを会合させるスキャフォルドとして働くことも明らかになった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでの研究によって主要なDYRK1A結合タンパク質であるWDR68を同定するとともに、同じファミリーに含まれるDYRK1BおよびDYRK4がストレスタンパク質・分子シャペロンであるHsp90およびCdc37と複合体を形成することを明らかにしてきた。これらの研究成果は、キナーゼ活性を中心に進められてきたDYRK1A研究においてタンパク質相互作用の重要性を明白にする意義があった。今回新たに別のDYRK1A結合タンパク質を同定したことで、DYRK1Aの細胞内存在様式や制御機構の解明にタンパク質間相互作用ネットワークの観点からの新たな展開をもたらす可能性がある。近年、DYRK1Aの精神・神経機能における広範な役割の重要性が明らかとなってきたことを考えると、本研究成果は単に細胞生物学的・生化学的な意義に留まらず、広くヒト脳の精神機能の分子的基盤の解明に寄与すると期待できる。また、これまで機能不明であったFAM53Cタンパク質の生理的機能とヒト脳の発生・機能における重要性を明らかにできる可能性がある。これらの点から、本研究計画のこれまでの進捗によりおおむね順調な研究の進展が見られたと判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
DYRK1Aのヒト脳の精神機能における重要性にますます注目が集まるようになってきたが、DYRK1Aが細胞の中でどのように機能し、どのように制御されているかについては、未解明の点が数多くある。今後は特に今回新たに見出したDYRK1Aの結合タンパク質FAM53Cとの関連に注目し、FAM53Cがどのようなタンパク質と相互作用し、DYRK1Aの機能や細胞内局在、基質の認識やリン酸化にどのような影響を与えるのかについて、主にタンパク質生化学および細胞生物学的な観点から実験研究を進める。特にこれまでに同定して詳細な解析を進めているWDR68との関連性について調べる。手法としてはこれまで同様に哺乳類培養細胞を用いた解析を行なう他、それぞれのタンパク質を精製して用いる再構成系の構築を行ないそれを用いた解析を援用する。得られた結果から、ヒト脳の精神機能においてDYRK1Aを中心としてどのような分子群がどのような働きによって高次機能を制御しているのかについて、その分子的基盤に結びつくような視点をもたらしたい。
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| Causes of Carryover |
DYRK1A結合タンパク質の探索の初期段階で、タンパク質相互作用データベースを対象としてコンピューターを用いたin silico法を援用し、実験研究に用いる試薬類が計画より少なかったため、次年度使用額が生じた。また、新しいプロトコルによって用いる抗体の濃度を予定よりも薄くして充分な感度が得られるようになり、実験に用いる試薬・試料調整にかかる費用が節約できた。一方で市販抗体が研究基準に達しないものについて受託抗体作成を行なう必要があり、そのための費用を次年度に利用する計画である。
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Research Products
(3 results)
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[Journal Article] Structural characterization of the N-terminal kinase-interacting domain of an Hsp90-cochaperone Cdc37 by CD and solution NMR spectroscopy.2019
Author(s)
Ihama, F., Yamamoto, M., Kojima, C., Fujiwara, T., Matsuzaki, K., Miyata, Y., Hoshino, M.
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Journal Title
Biochim. Biophys. Acta-Proteins Proteom.
Volume: 1867
Pages: 813-820
DOI
Peer Reviewed
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