2020 Fiscal Year Research-status Report

シナプス膜タンパク質ELFNによる代謝型グルタミン酸受容体の局在と機能の制御機構

Research Project

Project/Area Number	19K06568
Research Institution	Nagasaki University
Principal Investigator	松永隼人長崎大学, 医歯薬学総合研究科(医学系), 助教 (20437833)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	シナプス / 膜タンパク質 / GPCR / 代謝型グルタミン酸受容体
Outline of Annual Research Achievements	本研究は、神経膜タンパク質Elfn familyと7回膜貫通型受容体（GPCR）のClass Cに分類される代謝型グルタミン酸（ｍGluR）familyの神経細胞での相互関係を明らかにすることを目的とする。１．これまでにElfn1、並びにElfn2がそれぞれ特異的に制御するmGluRの種類を明らかにしてきたが、Elfn2のKOマウスの解析からElfn2の有無により、シナプスにおけるElfn2制御mGluRの局在が変化することを明らかとした。また、この変化には性差が認められ、行動学的な表現型との整合性が期待できる。２．Elfn1ミスセンス変異によるElfn1のリン酸化と膜動態。てんかんやADHD患者で認められたElfn1ミスセンス変異は、Elfn1に存在する複数のチロシンリン酸化サイトに近接している。すでに２種類の受容体型キナーゼが働くことを特定しており、これらのキナーゼによってElfn1がリン酸化、内在化することを見出した。興味深い点は、種々のミスセンス変異体やリン酸化サイトの変異体によって、Elfn1が局在する膜コンポーネントに偏りが見られたことにある。この局在変化はキナーゼの種類によって異なることから、Elfn1のリン酸化状態の違いにより制御されることを示唆している。内在化Elfn1のearly endosome、recycling endosome、late endosome、lysosomeへの局在はElfn1の再利用や分解という運命決定に関与すると考えられ、さらには昨年度に明らかとしたElfn1ミスセンスKIマウスの脳部位におけるmGluRsの発現変調との関連の解明が待たれる。最終年度は、「Elfn動態が、シナプスにおけるmGluRの存在量とプレ/ポストシナプスの両方向生の受容体局在・活性を制御するバランサーである」との仮設を検証する。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason （１）Elfn2欠損におけるElfn2特異的制御mGluRのシナプス局在解析は終了しており、対照解析としてElfn1欠損マウスにおける解析を行う段階にある。（２）Elfn1のリン酸化解析については、バイオインフォマティクス解析によって複数のリン酸化候補サイトを特定しており、チロシンキナーゼの種類と疾患由来Elfn1のミスセンス変異によるリン酸化状態の変化を明らかにする状態にある。（３）ElfnsによるGPCRシグナリング制御機構解明は、in vitro系を計画していたが、KOマウスを用いた電気生理学解析を共同研究にて行う。（４）個体におけるElfnとmGluRの協調的な関与を明らかにすることを目的として、対象mGluRのアゴニストやアンタゴニスト、アロステリックモジュレーターを用いた薬理学的アプローチによりElfn KO マウスの行動学的表現型への効果の検討をする予定である。
Strategy for Future Research Activity	ElfnsによるClass C GPCRの発現・局在・活性バランスの制御について解明する。独自に開発したElfn family遺伝子の欠損マウス、発達障害患者で認められたミスセンス変異導入マウスを利用して、薬理学的アプローチや神経回路可視化技術、行動学的解析を用いて研究を遂行し、最終的にElfns―mGluRs局在・活性制御機構の神経系おける意味を明らかとする。近年、Elfn1とElfn2が協調的に網膜神経細胞の発生・分化に関わることが報告されたことからも、脳神経系においてもElfn family間の関係性も重要な視点であると考える。また、神経系以外でのElfns-mGluRs機構の関与を示す予備的な知見も得つつある。ヒト遺伝学解析から、ELFN1はてんかんやADHDに関連しており、GRM1-8(mGluR1-8)は、神経発達障害、不安障害、気分障害、統合失調症に関連することが知られている。動物行動解析からElfn2 KOマウスも神経発達障害様の表現型を有していることを明らかとしている。本研究は、これらの疾患の病態理解、治療薬の開発に大きく貢献する。
Causes of Carryover	【次年度使用額が生じた理由】　研究費の主たる使用が、研究に使用する遺伝子改変動物の維持費であることから、年度末までに経費に余裕をもたせる必要があったため。【翌年度の使用計画】　翌年度分として請求した助成金と合わせて、計画的に遺伝子改変動物を維持し、研究遂行に必須な試薬やディスポーザル品等の購入の経費に当てる予定である。