2021 Fiscal Year Annual Research Report
記憶を維持する生物学的相分離によるシグナルタンパク質の濃縮機構
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20K21463
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
実吉 岳郎 京都大学, 医学研究科, 准教授 (00556201)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | シナプス可塑性 / タンパク質間相互作用 / 生物学的相分離 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者は、シナプスが記憶を維持するメカニズムとして、CaMKIIとTiam1から構成されるシグナル複合体が一過的な刺激を長期持続性情報に変換する分子機構であることを報告した。しかし、シグナル複合体を長期間維持するためにはタンパク質そのものを長期間維持する何らかの仕組みがあると思われる。最近、細胞内で特定のタンパク質での液-液相分離という現象が見直されている。相分離したタンパク質は細胞内で区画化されるが、分子は区画内外を移動出来る。つまり、相分離したタンパク質は分子の新陳代謝を乗り越えて酵素活性などの情報を長期間保持すると考えられる。本研究計画は、シナプスでの情報保持機構の新しいモデルとして、相分離により分子活性化状態が維持されるという仮説を立てた。この仮説検証する。
研究計画１ CaMKIIとRhoファミリーシグナル分子は生物学的相分離を起こす タンパク質精製に成功したものは、CaMKII、Pak1, LIMK1、Tiam1、betaPIX、GIT1である。これらのタンパク質はCaMKII活性化、リン酸化を引き金とし相分離することを見出した。今後、この相分離した液滴のシナプスでの局在を観察していく予定である。
研究計画２ 生物学的相分離による酵素反応効率化の実験的証明 光遺伝学のアプローチで光依存的な相分離を誘導もしくは乖離させた際の反応を検討する。光遺伝学のアプローチは本研究計画内では完成できなかった。引き続き条件を検討していく。
研究計画３ 分子間相互作用のスパイン内での挙動の観察と光操作 スパインでLTP誘導時のCaMKIIとLIMK1、Pak1との相互作用をFRET法で観察する。海馬神経細胞にLTP誘導時におけるCaMKIIとLIMK1、Pak1との相互作用をFRET法で観察すると生化学反応とは異なる時間軸で相互作用が観察された。現在このメカニズムを検討中である。
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