真の脱パルミトイル化酵素の同定と生理機能の解明

2014 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26291045
• Research Institution: National Institute for Physiological Sciences
• Principal Investigator: 深田 正紀 生理学研究所, 細胞器官研究系, 教授 (00335027)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: パルミトイル化 / 翻訳後修飾 / 脱パルミトイル化酵素 / 脂質修飾 / 酵素

Outline of Annual Research Achievements

パルミトイル化修飾は多くのシグナル蛋白質や膜蛋白質にみられる代表的な脂質修飾であり、蛋白質を特定の膜ドメインに輸送し、その局在や機能を制御する。パルミトイル化は他の脂質修飾とは異なり可逆的であり、リン酸化修飾と同様に、外界刺激に反応して細胞機能をダイナミックに制御している。近年、私共は哺乳動物においてパルミトイル化酵素群を世界に先駆けて単離し、様々な基質蛋白質に対する責任酵素を同定し、それらの生理機能と制御機構を明らかにしてきた。一方、パルミトイル化脂質修飾が発見されて35年以上を経ても、脱パルミトイル化反応を担う“真の責任酵素”は未だ明らかになっていない。本研究では１脱パルミトイル化酵素を探索、同定し、２その生理機能を明らかにして、パルミトイル化修飾機構の全容解明を目指す。今年度は、当初の研究計画を着実に遂行し、下記のような成果を得た。
私共は、脱パルミトイル化酵素がセリン加水分解酵素に属することに基づき、ラットおよびマウスの脳組織から38遺伝子を脱パルミトイル化候補酵素として単離し、遺伝子ライブラリーを作成した。次に、 [3H]パルミチン酸を用いた代謝ラベル法により代表的なパルミトイル化蛋白質であるPSD-95に対する脱パルミトイル化酵素活性を評価し、6個のPSD-95脱パルミトイル化酵素候補遺伝子群を得た。さらに、放射性同位元素を用いずに蛋白質パルミトイル化のストイキオメトリーを定量する手法を開発し、上記の脱パルミトイル化酵素候補遺伝子の酵素活性を簡便に定量的に測定することを可能とした。このように、本研究では当初の計画を順調に進め、予想以上の進捗と成果を得た。

Current Status of Research Progress

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

Reason

蛋白質パルミトイル化のストイキオメトリーを簡便に定量的に測定することができる新しい手法を開発したため。

Strategy for Future Research Activity

１）脱パルミトイル化酵素の基質特異性、活性制御機構の解明
平成26年度に単離・樹立した脱パルミトイル化酵素遺伝子ライブラリーと平成26年度に確立した放射性同位元素を用いずに蛋白質パルミトイル化のストイキオメトリーを定量する手法を用いて脱パルミトイル化酵素の基質特異性、酵素学的特性（分子活性、反応速度等）の詳細を明らかにする。
２）細胞レベルの脱パルミトイル化酵素の生理機能
6つの候補遺伝子の中から海馬神経細胞における生理的なPSD-95脱パルミトイル化酵素を同定し、その生理機能を明らかにする。

Causes of Carryover

事務上の支払い手続きが4月以降になったため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

生じた次年度使用額は4月以降に支払われる予定であり、使用計画に変更はありません。

Research Products

• [Journal Article] Postsynaptic nanodomains generated by local palmitoylation cycles (2015)
  • Author(s): Fukata M, Sekiya A, Murakami T, Yokoi N, Fukata Y
  • Journal Title: Biochem Soc Trans Volume: 43 Pages: 199-204
  • DOI: 10.1042/BST20140238
  • Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] BAI1 regulates spatial learning and synaptic plasticity in the hippocampus (2015)
  • Author(s): Zhu D, Li C, Swanson AM, Villalba RM, Guo J, Zhang Z, Matheny S, Murakami T, Stephenson JR, Daniel S, Fukata M, Hall RA, Olson JJ, Neigh GN, Smith Y, Rainnie DG, Van Meir EG
  • Journal Title: J Clin Invest Volume: 125 Pages: 1497-1508
  • DOI: 10.1172/JCI74603
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Chemical corrector treatment ameliorates increased seizure susceptibility in a mouse model of familial epilepsy (2015)
  • Author(s): Yokoi N, *Fukata Y, Kase D, Miyazaki T, Jaegle M, Ohkawa T, Takahashi N, Iwanari H, Mochizuki Y, Hamakubo T, Imoto K, Meijer D, Watanabe M, *Fukata M (*corresponding author).
  • Journal Title: Nat Med Volume: 21 Pages: 19-26
  • DOI: 10.1038/nm.3759.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification and characterization of GABAA receptor autoantibodies in autoimmune encephalitis (2014)
  • Author(s): Ohkawa T, Satake S, Yokoi N, Miyazaki Y, Ohshita T, Sobue G, Takashima H, Watanabe O, *Fukata Y, *Fukata M (*corresponding author).
  • Journal Title: J Neurosci Volume: 34 Pages: 8151-8163
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.4415-13.2014.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Functional phylogenetic analysis of LGI proteins identifies an interaction motif crucial for myelination (2014)
  • Author(s): Kegel L, Jaegle M, Driegen S, Aunin E, Leslie K, Fukata Y, Watanabe M, Fukata M, Meijer D.
  • Journal Title: Development Volume: 141 Pages: 1749-1756
  • DOI: 10.1242/dev.107995.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Non-Microtubular Localizations of Microtubule-Associated Protein 6 (MAP6) (2014)
  • Author(s): Gory-Faure S, Windscheid V, Brocard J, Montessuit S, Tsutsumi R, Denarier E, Fukata Y, Bosc C, Delaroche J, Collomb N, Fukata M, Martinou J, Pernet-Gallay K, Andrieux A.
  • Journal Title: PLoS One Volume: 9 Pages: e114905
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0114905.
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Specialized membrane nanodomain organized by lipid modification (2015)
  • Author(s): Fukata M, Sekiya A, Murakami T, Fukata Y
  • Organizer: 第92回日本生理学会大会
  • Place of Presentation: 神戸国際会議場・展示場（兵庫県神戸市中央区）
  • Year and Date: 2015-03-21 – 2015-03-23
  • Invited
• [Presentation] てんかん原因遺伝子LGI1の先天的および後天的分子異常による脳機能障害 (2014)
  • Author(s): 深田優子､横井紀彦、深田正紀
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市西区）
  • Year and Date: 2014-11-25 – 2014-11-27
• [Presentation] Synaptic organization regulated by palmitoylating and depalmitoylating enzymes of PSD-95 (2014)
  • Author(s): Fukata M
  • Organizer: 44th annual meeting of the Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: Washington, DC, USA
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
  • Invited
• [Presentation] Pathological roles of autoantibodies to synaptic proteins in encephalitic (2014)
  • Author(s): Fukata Y., Ohkawa T., Satake S., Yokoi N., Watanabe M., Fukata M.
  • Organizer: 44th annual meeting of the Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: Washington, DC, USA
  • Year and Date: 2014-11-15 – 2014-11-19
• [Presentation] ポストシナプスに局在する脱パルミトイル化酵素の同定と性状解析 (2014)
  • Author(s): 関谷敦志、村上達郎、小林憲太、深田優子、深田正紀
  • Organizer: 第87回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 国立京都国際会館（京都府京都市左京区）
  • Year and Date: 2014-10-15 – 2014-10-18
• [Presentation] LGI1分子の役割と自己抗体の作用機序 (2014)
  • Author(s): 深田正紀、大川都史香、横井紀彦、深田優子
  • Organizer: 第48回てんかん学会学術集会
  • Place of Presentation: 京王プラザホテル（東京都新宿区）
  • Year and Date: 2014-10-02 – 2014-10-03
  • Invited
• [Presentation] Postsynaptic nanodomains generated by local palmitoylation cycles (2014)
  • Author(s): Fukata M
  • Organizer: Biochemical Society Focused Meeting
  • Place of Presentation: Edinburgh, UK
  • Year and Date: 2014-09-12 – 2014-09-14
  • Invited
• [Presentation] Molecular mechanisms of LGI1 mutation-related epilepsy and new strategy for human epilepsy (2014)
  • Author(s): Yokoi N., Fukata Y., Kase D., Miyazaki T., Jaegle M., Imoto K., Meijer D., Watanabe M., Fukata M.
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市西区）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] Exploration of depalmitoylating enzymes regulating bi-directional trafficking of small GTPase HRas (2014)
  • Author(s): Murakami T, Sekiya A, Fukata Y, Fukata M
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県横浜市西区）
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] 免疫性脳炎:自己抗体によるｼﾅﾌﾟｽ機能異常 (2014)
  • Author(s): 深田正紀
  • Organizer: 第44回(2014)新潟神経学夏期セミナー
  • Place of Presentation: 新潟大学脳研究所 （新潟県新潟市中央区）
  • Year and Date: 2014-08-01 – 2014-08-02
  • Invited
• [Book] 細胞工学 (2015)
  • Author(s): 横井紀彦、深田優子、深田正紀
  • Total Pages: 85 (512-513)
  • Publisher: 学研メディカル秀潤社
• [Remarks] 生理学研究所 生体膜研究部門ホームページ
  • URL: http://www.nips.ac.jp/fukata/
• [Remarks] 生理学研究所 プレスリリース
  • URL: http://www.nips.ac.jp/release/2014/12/post_285.html
• [Remarks] ライフサイエンス新着論文レビュー
  • URL: http://first.lifesciencedb.jp/archives/9607