2020 Fiscal Year Annual Research Report
神経シナプスの成熟機構とその破綻による“てんかん"の分子病態
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20H00459
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| Research Institution | National Institute for Physiological Sciences |
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Principal Investigator |
深田 正紀 生理学研究所, 分子細胞生理研究領域, 教授 (00335027)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | シナプス / タンパク質 / 脳・神経 / ナノドメイン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、(1)パルミトイル化脂質修飾関連酵素と(2)分泌リガンド・受容体LGI1-ADAM22を起点として、シナプス-ナノドメインの形成機構とシナプス前・後部の協調機構を明らかにする。
(1) パルミトイル化サイクルによるシナプス-ナノドメインの形成機構の解明
これまでに私共は、シナプス後部膜内にAMPA受容体を捕捉するPSDナノドメインを発見し、その数やサイズがPSD-95の動的なパルミトイル化-脱パルミトイル化サイクルによって規定されるモデルを提唱してきた。2020年度は、このパルミトイル化サイクルとPSDナノドメイン制御の因果関係を明らかにするために、脱パルミトイル化酵素ABHD17を欠失させたマウスの解析に着手した。また、パルミトイル化サイクルを受けないPSD-95変異体の性状解析にも着手した。
(2) LGI1-ADAM22によるシナプス-ナノドメイン間の連結制御機構の解明
タグ付きADAM22 ノックインマウスを活用して、ADAM22が興奮性シナプスにてPSD-95と共局在していることを見出した。またタグ付きADAM22 ノックインマウスのシナプス画分からタグ抗体を利用してADAM22結合蛋白質を特異的、網羅的に同定した。次に、ADAM22のPSD-95結合モチーフを欠損させた変異マウス(ADAM22ΔC5マウス)において、シナプス後部のPSD-95ナノドメインが著しく小さくなること、シナプス前部と後部の各ナノドメインの対面整列が乱れること、興奮性シナプス伝達が有意に低下することを見出した。同様の結果は、LGI1のノックアウトマウスにおいても認められた。このように、LGI1-ADAM22-PSD-95からなるタンパク質複合体が、シナプス間の内部装置の対面整列をナノメートル単位で微調整していることを見出した（Fukata et al, PNAS 2021）。
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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
(1) ADAM22ΔC5マウスにおいて、シナプス前部、後部のナノドメインの対面整列が乱れていることを、超解像イメージングで明らかにした。
(2) LGI1-ADAM22-PSD-95複合体による経シナプスの機能的連結が破綻すると、マウスやヒトでてんかんが生じることを見出し、論文発表を行った（Fukata et al, PNAS 2021）。
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| Strategy for Future Research Activity |
(1) パルミトイル化サイクルによるシナプス-ナノドメインの形成・再編機構
脱パルミトイル化酵素ABHD17ノックアウトマウスにおいて、私共が開発したAPEGS法(細胞・組織中の任意の蛋白質のパルミトイル化状態を電気泳動上の分子量シフトで定量する手法)により、PSD-95のパルミトイル化サイクルが、実際に消失しているかを検討する。次に、初代培養神経細胞や脳組織切片の超解像顕微鏡解析により、パルミトイル化サイクル欠失によるPSDナノドメインのサイズや大きさ等への影響を解析する。
(2) LGI1-ADAM22-PSD-95複合体によるシナプス-ナノドメイン間の連結制御機構の解明
ADAM22とPSD-95の結合破綻により、シナプス後部膜におけるPSD-95集積が減少する分子基盤の詳細を明らかにする。また、ADAM22の細胞質領域で見られるリン酸化の生理的意義について明らかにする。
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Research Products
(16 results)
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[Journal Article] Encephalitis patient derived monoclonal GABAA receptor antibodies cause catatonia and epileptic seizures2021
Author(s)
Jakob Kreye, Sukhvir K. Wright, Adriana van Casteren, Marie-Luise Machule, S. Momsen Reincke, Marc Nikolaus, Laura Stoffler, Scott van Hoof, Elisa Sanchez-Sendin, Hans-Christian Kornau, Angela M. Kaindl, Max A. Wilson, Stuart Greenhill, 他5名, Christian Geis, Yuko Fukata, Masaki Fukata, Harald Pruss
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Journal Title
bioRxiv
Volume: －
Pages: －
DOI
Open Access / Int'l Joint Research
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