Establishment of the reversible and rapid protein degradation system

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K22466
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 46:Neuroscience and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Takeuchi Haruki 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 特任准教授 (70548859)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2021-03-31
• Keywords: 遺伝学的ツール / オーキシン誘導デグロン法 / 神経細胞 / 遺伝子発現制御 / プロテインノックダウン / ユビキチンプロテアソーム

Outline of Final Research Achievements

Genetic manipulation of protein levels is a promising approach to identify the function of a specific protein in living organisms. Previous studies demonstrated that the auxin-inducible degron strategy provides rapid and reversible degradation of various proteins in fungi and mammalian mitotic cells. In this study, we employed this technology to postmitotic neurons to address whether the auxin-inducible degron system could be applied to the nervous system. Using adeno-associated viruses, we simultaneously introduced enhanced green fluorescent protein (EGFP) fused with an auxin-inducible degron tag and an F-box family protein, TIR1 into neurons from mice. We found that EGFP fluorescence signals rapidly decreased when adding a plant hormone, auxin under in vivo and in vitro conditions. These results open the door for neuroscientists to manipulate protein expression levels by the auxin-inducible degron system in a temporally controlled manner.

Free Research Field

分子神経科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本申請課題では、植物細胞において生じる植物ホルモン依存的なタンパク質分解が、哺乳類の神経細胞において遺伝学的ツールとして移植可能であるかを検証した。その結果、神経細胞の培養系(in vitro)及び動物個体(in vivo)の両条件において、植物ホルモン依存的に数十分という時間スケールで神経細胞内で発現する標的タンパク質をノックダウンできることを明らかにした。これにより、特定の時期特異的なタンパク質の機能解析が可能となり、神経科学における遺伝子機能解析の研究が飛躍的に進むことが期待される。