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2023 Fiscal Year Research-status Report

Analysis of lipid regulation of neurotransmitter receptors using photo-sensitive amino acid

Research Project

Project/Area Number 22KF0249
Allocation TypeMulti-year Fund
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

岡村 康司  大阪大学, 大学院医学系研究科, 教授 (80201987)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) ANDRIANI RIZKI  大阪大学, 大学院医学系研究科, 外国人特別研究員
Project Period (FY) 2023-03-08 – 2025-03-31
Keywords電位感受性ホスファターゼVSP / イオンチャンネル
Outline of Annual Research Achievements

cryo-electron microscopyで、ヒトGABA(A)Rチャネルの構造において、PIP2と結合することが報告されている複数のアミノ酸部位にHCKを導入し、前年度にP2Xと、Kir2.1チャネルをモデルケースとして確立した手法により電気生理学的計測およびUV照射実験をおこなった。その結果、HCKのuncagingにより、電流が増加する部位と、電流増加が見られない部位とがあることが明らかになった。この結果は、Ci-VSP(Ciona intestinalis voltage sensing phosphatase)を強制発現させたXenopus oocyteでの、two electrode voltage clampとmutagenesisによる、PIP2感受性の解析結果と合致するものであった。さらに、Ci-VSPを共発現させて、HCKのuncaging前後でのPIP2 depletionへの感受性を検証した結果、HCKのuncagingにより電流増加が見られる部位の場合には、UV照射前後でPIP2 depletionへの感受性が大きく変化することが確認できた。これらのことはGABA(A)Rが極めて強いPIP2結合特性をもち、PIP2のリン酸との結合に関わる単一アミノ酸の変異により、結合親和性が変化したことを示している。またこれらの結果から、GABA(A)RへのPIP2の結合が、チャネル機能に重要であることが初めて明らかになった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

これまでのVSPのみを用いた方法では明らかにできなかったイオンチャネル活性のPIP2感受性が、はじめて解明できたことになり、従来VSPによるPIP2 depletionでネガティブな結果であっても、PIP2感受性がないとは結論できないということが判明した。またcaged lysineとVSPを組み合わせた手法は、イオンチャネルのみならず膜タンパク質のPIP2感受性を検出する、従来なかった新規のツールキットとなることを示した。

Strategy for Future Research Activity

今後MD計算などと組み合わせて、各アミノ酸部位のPIP2結合における役割を明らかにするとともに、変異実験またはHCKのuncaging実験の結果の検証を行うことで、PIP2がどのようにチャネル活性を調節しているのかが明らかにできると考えられる。またPIP2の結合親和性が、各アミノ酸部位の変異によりどのように変化するかを生化学的に検証する必要があり、発現型細胞からタンパク質を精製し、カロリメトリーや native mass解析などによって、PIP2との結合を定量的に調べる計画である。さらに、これまで解析されたGABA(A)Rは特定のサブユニット構成のみであったが、他の組み合わせの場合にPIP2感受性がどのように多様であるのかを調べることで生理学的意義の理解に迫りたい。

Causes of Carryover

今回PI(4,5)P2感受性が確認された部位が特異的な役割があるかどうかを確定するには、さまざまなアミノ酸を導入する実験を追加して行う必要がある。この実験をおこなうために、RNA合成試薬などの分子生物学実験試薬や動物飼育費などの支出が必要となった。

  • Research Products

    (17 results)

All 2024 2023

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (15 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] PI(4,5)P2 binding to α subunit regulates channel activities of mammalian GABAA receptors as revealed by the method of photocaged amino acid.2024

    • Author(s)
      Rizki Tsari Andriani, Risa Mori-Kreiner, Natsuki Mizutani, Daisuke Yoshioka, Takafumi Kawai, and Yasushi Okamura
    • Journal Title

      Journal of Physiological Sciences

      Volume: - Pages: 261

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Role of K364 next to the active site cysteine in voltage-dependent phosphatase activity of Ci-VSP2023

    • Author(s)
      Paixao Ian Costa、Mizutani Natsuki、Matsuda Makoto、Andriani Rizki Tsari、Kawai Takafumi、Nakagawa Atsushi、Okochi Yoshifumi、Okamura Yasushi
    • Journal Title

      Biophysical Journal

      Volume: 122 Pages: 2267~2284

    • DOI

      10.1016/j.bpj.2023.01.022

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] PI(4,5)P2 binding to α subunit regulates channel activities of mammalian GABAA receptors as revealed by the method of photocaged amino acid2024

    • Author(s)
      Rizki Tsari Andriani
    • Organizer
      第101回日本生理学会大会
  • [Presentation] Voltage-sensing Phosphatase (VSP) Activity in Maturating Epidisymal Spermatozoa2024

    • Author(s)
      河合喬文、岡村康司
    • Organizer
      先端モデル動物支援プラットフォーム(AdAMS)
  • [Presentation] 網膜神経節細胞に着目した色変更型Nav1.6-Flexマウスを用いたNav1.6タンパクのターンオーバーの解析2024

    • Author(s)
      大河内善史、山元康平、好岡大輔、阿部学、﨑村建司、岡村康司
    • Organizer
      先端モデル動物支援プラットフォーム(AdAMS)
  • [Presentation] 非天然蛍光アミノ酸Anapをブローブとして用いた電位感受性酵素VSPの分子機構解明2023

    • Author(s)
      水谷夏希、岡村康司
    • Organizer
      第61回日本生物物理学会年会
  • [Presentation] ミクログリアに発現する電位依存性プロトンチャネルの生理機能2023

    • Author(s)
      河合喬文、岡村康司
    • Organizer
      第115回近畿生理学談話会
  • [Presentation] Application of photocaged amino acid in elucidating lipid modulation of GABA(A) receptors.2023

    • Author(s)
      Rizki Tsari Andriani, Risa Mori-Kreiner, Natsuki Mizutani, Daisuke Yoshioka, Takafumi Kawai, Yasushi Okamura
    • Organizer
      第115回近畿生理学談話会
  • [Presentation] Voltage-sensing phosphoinositide phosphatase;mechanisms and functions.2023

    • Author(s)
      Okamura Y, Mizutani N, Kawai T, Ratanayotha A.
    • Organizer
      Faops2023 congress
  • [Presentation] Single-molecule imaging to reveal a role of PI(4,5)P2-channel interaction in M-channel trafficking regulation in neurons.2023

    • Author(s)
      Yoshioka D, Okamura Y.
    • Organizer
      Faops2023 congress
  • [Presentation] 電位依存性プロトンチャネルHv1の2量体化はERでの滞在時間を延ばす2023

    • Author(s)
      大河内善史、神野有香、岡村康司
    • Organizer
      第96回日本生化学会大会
  • [Presentation] AI解析を足掛かりとした電位依存性ホスファターゼVSPの基質特異性形成機構の解明2023

    • Author(s)
      水谷夏希、二井手哲平、清水浩、岡村康司
    • Organizer
      第96回日本生化学会大会
  • [Presentation] Physiological roles and mechanisms of voltage sensing phosphatase, VSP2023

    • Author(s)
      Okamura Y
    • Organizer
      The 9th International Ion Channel Conference
  • [Presentation] H+輸送チャネル Hv1 に秘められた謎:人体と地球史軸から2023

    • Author(s)
      岡村康司、大河内善史、RIZKI TSARI ANDRIANI、水谷夏希
    • Organizer
      日本動物学会 第94回山形大会
  • [Presentation] 神経における電位依存性カリウムチャネルの時空間動態解析2023

    • Author(s)
      好岡大輔、岡村康司
    • Organizer
      生理研研究会「構造情報を基盤とした膜機能分子の生理機能理解に向けて」
  • [Presentation] Activities of voltage-gated proton channels on intracellular membranes.2023

    • Author(s)
      Yasushi Okamura
    • Organizer
      Biophysical Society Conferensces
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Zinc-mediated inhibition of voltage- and pH-gated Slo3 potassium channel activity2023

    • Author(s)
      Rizki Tsari Andriani, Yasushi Okamura, Takafumi Kawai
    • Organizer
      Ion Channel Modulation Symposium

URL: 

Published: 2024-12-25  

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