骨格筋特異的なカルパインシステムの機能と制御機構の解析

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22770139
• Research Institution: Tokyo Metropolitan Organization for Medical Research
• Principal Investigator: 小野 弥子 財団法人東京都医学研究機構, 東京都臨床医学総合研究所, 主任研究員 (20392376)
• Keywords: 骨格筋 / カルパイン / プロテアーゼ / 筋ジストロフィー / ノックインマウス / プロテオーム

Research Abstract

骨格筋組織においてカルパインシステムが担う細胞質内タンパク質分解の生理的意義を明らかにすべく、特に骨格筋特異的カルパインp94/calpah3の機能解析を行った。ヒトではp94のプロテアーゼ活性の欠損が筋ジストロフィー(LGMD2A)を引き起こす一方、p94遺伝子改変マウスを用いた実験から、プロテアーゼ活性がなくても一種の構造タンパク質として機能できることが示唆されている。これらの知見と、p94の様々な特徴(強い自己消化活性・筋タンパク質との特異的相互作用・筋サルコメアにおける局在など)、さらに、p94がNa^+依存性を示したことに着目し、実験を行った。
これまでに明らかとなった点は、以下である。1)p94のNa^+依存性はCa^<2+>依存性と相補的である。2)カルパインのCa^<2+>依存性に関与するアミノ酸にp94特異的挿入配列が作用することが必要である。3)定量的プロテオームにより、筋組織ではCa^<2+>及びNa^+によって活性化されたp94は異なる基質特異性を示す可能性を見出した。これらにより、カルパインの中でp94を特徴づけるものとして、活性化機構のユニークさという視点が確立できた。
さらに、p94相互作用タンパク質とその周辺分子を解析した結果、新規基質タンパク質が同定された。これをモデル基質とすることで、様々なp94変異体のプロテアーゼ活性を評価する条件を検討した。その結果、変異体または自己消化断片を用いてp94の活性を再構築できる可能性を示唆する結果を得た。上記の結果と酵母p94トラップ法を用いて、様々なp94の活性減弱型変異体をスクリーニングした結果と合わせて、自己消化と基質分解とのバランスを評価できる系の構築を開始することができた。これらはp94及びカルパインの活性化機構を理解する上で非常に重要な知見である。

Research Products

• [Journal Article] Skeletal muscle-specific calpain is an intracellular Na^+-dependent protease (2010)
  • Author(s): Ono, Y., Ojima, K., Torii, F., Takaya, E., Doi, N., Nakagawa, K., Hata, S., Abe, K., Sorimachi, H.
  • Journal Title: J.Biol.Chem. Volume: 285 Pages: 22986-22998
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Redundant and non-redundant effects of Ca^<2+> and Na^+ on the activation of p94/calpain-3 (2010)
  • Author(s): Ono, Y., Ojima, K., Torii, F., Takaya, E., Doi, N., Nakagawa, K., Hata, S., Abe, K., Sorimachi, H.
  • Journal Title: Neuromuscul.Disord. Volume: 20 Pages: 608-608
• [Presentation] Structure-function relationship of Na^+-dependent activity of calpain-3/p94 (2011)
  • Author(s): Ono, Y.
  • Organizer: Korea-Japan symposium on protein metabolism
  • Place of Presentation: ソウル大学(韓国)(招待講演)
  • Year and Date: 2011-01-28
• [Presentation] Calpain3/p94自己消化機構の解析 (2010)
  • Author(s): 小野弥子, 土井奈穂子, 高谷恵美, 北村ふじ子, 反町洋之
  • Organizer: BMB2010(第33回日本分子生物学会年会・第83回日本生化学会大会合同大会)
  • Place of Presentation: ポートピアホテル(神戸)
  • Year and Date: 2010-12-10
• [Presentation] Functions of calpain-3/p94 indicated by its unique properties (2010)
  • Author(s): Ono, Y.
  • Organizer: CHUV (Le Centre Hospitalier Universitaire Vaudois) Special Seminar
  • Place of Presentation: CHUV大学(スイス)(招待講演)
  • Year and Date: 2010-10-01
• [Presentation] Skeletal muscle-specific calpain, p94/calpain-3, is an intracellular Na^+-dependent protease (2010)
  • Author(s): Ono, Y., Ojima, K., Torii, F., Takaya, E., Doi, N., Nakagawa, K., Hata, S., Abe, K., Sorimachi, H.
  • Organizer: XIIth Symposium on Proteases, Inhibitors and Biological Control
  • Place of Presentation: Portoroz(スロベニア)
  • Year and Date: 2010-09-28
• [Presentation] Characteristics of p94/calpain 3 as an intracellular Na^+-dependent protease (2010)
  • Author(s): Ono, Y., Ojima, K., Torii, F., Takaya, E., Doi, N., Nakagawa, K., Hata, S., Abe, K., Sorimachi, H.
  • Organizer: FASEB Summer Research Conferences
  • Place of Presentation: Carefree, AZ(米国)
  • Year and Date: 2010-07-28
• [Presentation] p94/calpain3自己消化機構の解析 (2010)
  • Author(s): 小野弥子、土井奈穂子、高谷恵美、北村ふじ子、反町洋之
  • Organizer: 第10回日本蛋白質科学会年会
  • Place of Presentation: 札幌コンベンションセンター
  • Year and Date: 2010-06-18
• [Remarks]
  • URL: http://www.rinshoken.or.jp/ER/