真の脱パルミトイル化酵素の同定と生理機能の解明

2015 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, 分子細胞生理研究領域, 教授 (00335027)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: シナプス / 蛋白質 / パルミトイル化修飾 / パルミトイル化酵素 / 脱パルミトイル化酵素 / 膜ドメイン

Outline of Annual Research Achievements

パルミトイル化脂質修飾は足場蛋白質やシグナル蛋白質、膜蛋白質など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。パルミトイル化修飾は他の脂質修飾とは異なり可逆的であり、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、我々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”に関しては、未だ議論の余地があり統一した見解には至っていない。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、38種類のセリン加水分解酵素の中からPSD-95を脱パルミトイル化する活性を有する候補酵素を5種類単離した。中でも３種類のABHD蛋白質には、過剰発現により、内在性PSD-95のパルミトイル化レベルを著しく減少させることを見出した。また、これら３種類の候補遺伝子のノックダウンにより、PSD-95の脱パルミトイル化プロセスが有意に遅延することを見出した。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

海馬培養神経細胞において、３種類の候補遺伝子を同時にノックダウンすることに成功し、PSD-95の脱パルミトイル化プロセスが有意に遅延することを見出した。残りの2種類の候補遺伝子に関しても同様の実験系を構築しつつある。

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27年度に候補として絞り込んだPSD-95脱パルミトイル化酵素候補遺伝子群に対し、基質特異性および活性制御機構を明らかにする。
２脱パルミトイル化酵素の生理機能
私共はPSD-95脱パルミトイル化酵素候補として、5種類の遺伝子群を見出している。既に3種類の遺伝子の検証を終えており、残りの２種類についても同様に検討を進める。これらの実験により、生理的なPSD-95脱パルミトイル化酵素を同定する。また、現在作成中の上記候補遺伝子のノックアウトマウスの表現型を解析していく。

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

• [Int'l Joint Research] University of South Florida(米国)
  • Country Name: U.S.A.
  • Counterpart Institution: University of South Florida
• [Int'l Joint Research] Hannover Medical School(Germany)
  • Country Name: Germany
  • Counterpart Institution: Hannover Medical School
• [Int'l Joint Research] Institut Curie(France)
  • Country Name: France
  • Counterpart Institution: Institut Curie
• [Journal Article] Dysfunctional ADAM22 implicated in progressive encephalopathy with cortical atrophy and epilepsy (2016)
  • Author(s): Muona M, Fukata Y, Anttonen AK, Laari A, Palotie A, Pihko H, Lönnqvist T, Valanne L, Somer M, Fukata M, Lehesjoki AE
  • Journal Title: Neurol Genet Volume: 2 Pages: e46
  • DOI: 10.1212/NXG.0000000000000046
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Local palmitoylation cycles and specialized membrane domain organization (2016)
  • Author(s): Fukata Y, Murakami T, Yokoi N, Fukata M
  • Journal Title: Curr Top Membr Volume: 77 Pages: 97-141
  • DOI: 10.1016/bs.ctm.2015.10.003
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] The LGI1–ADAM22 protein complex directs synapse maturation through regulation of PSD-95 function (2015)
  • Author(s): Loveroa KL, Fukata Y, Grangera AJ, Fukata M, Nicoll RA
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci USA Volume: 112 Pages: E4129-E4137
  • DOI: 10.1073/pnas.1511910112 E4129-E4137
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [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] ELMOD2 is anchored to lipid droplets by palmitoylation and regulates ATGL recruitment (2015)
  • Author(s): Suzuki M, Murakami T, Cheng J, Kano H, Fukata M, Fujimoto T
  • Journal Title: Mol Biol Cell Volume: 26 Pages: 2333-2342
  • DOI: 10.1091/mbc.E14-11-1504
  • Peer Reviewed
• [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
• [Presentation] Postsynaptic nanodomain regulated by PSD-95 palmitoylation machinery (2015)
  • Author(s): Masaki Fukata
  • Organizer: Pacifichem 2015
  • Place of Presentation: Honolulu, Hawaii, USA
  • Year and Date: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Local palmitoylation cycles organize postsynaptic nanodomains (2015)
  • Author(s): Masaki Fukata
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会/第88回日本生化学会大会
  • 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: 2015-12-01 – 2015-12-04
  • Invited
• [Presentation] Molecular pathogenic mechanisms of epilepsy caused by LGI1 mutations (2015)
  • Author(s): Norihiko Yokoi, Yuko Fukata, Daisuke Kase, Taisuke Miyazaki, Martin Jaegle, Keiji Imoto, Deis Meijer, Masahiko Watanabe, Masaki Fukata
  • Organizer: 45th annual meeting of the Society for Neuroscience
  • Place of Presentation: McCormick Place, Chicago, USA
  • Year and Date: 2015-10-17 – 2015-10-21
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Exploration of depalmitoylating enzymes regulating bi-directional trafficking of small GTPase HRas (2015)
  • Author(s): Tatsuro Murakami, Atsushi Sekiya, Yuko Fukata, Masaki Fukata
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • 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: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [Presentation] Role of LGI1-ADAM22 in synaptic function and disorders (2015)
  • Author(s): Masaki Fukata
  • Organizer: 第38回日本神経科学大会
  • 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: 2015-07-28 – 2015-07-31
  • Invited
• [Presentation] Regulatory mechanism for local palmitoylation cycles on PSD-95 (2015)
  • Author(s): Masaki Fukata
  • Organizer: FASEB Science Research Conference “Protein Lipidation, Signaling, and Membrane Domains”
  • Place of Presentation: Saxtons River, Vermont, USA
  • Year and Date: 2015-07-19 – 2015-07-24
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Postsynaptic nanodomains organized by local palmitoylation machinery (2015)
  • Author(s): Yuko Fukata, Atsushi Sekiya, Tatsuro Murakami, Norihiko Yokoi, Kenta Kobayashi, Masaki Fukata
  • Organizer: FASEB Science Research Conference “Protein lipidation, Signaling, and Membrane Domains”
  • Place of Presentation: Saxtons River, Vermont, USA
  • Year and Date: 2015-07-19 – 2015-07-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Stoichiometric analysis of palmitoylation cycles on PSD-95 (2015)
  • Author(s): Norihiko Yokoi, Atsushi Sekiya, Tatsuro Murakami, Yuko Fukata, Masaki Fukata
  • Organizer: FASEB Science Research Conference “Protein lipidation, Signaling, and Membrane Domains”
  • Place of Presentation: Saxtons River, Vermont, USA
  • Year and Date: 2015-07-19 – 2015-07-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Characterization of a mouse model with genetic deletion of DHHC2 palmitoyl acyl transferase (2015)
  • Author(s): Tatsuro Murakami, Atsushi Sekiya, Manabu Abe, Kenji Sakimura, Yuko Fukata, Masaki Fukata
  • Organizer: FASEB Science Research Conference “Protein lipidation, Signaling, and Membrane Domains”
  • Place of Presentation: Saxtons River, Vermont, USA
  • Year and Date: 2015-07-19 – 2015-07-24
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Postsynaptic nanodomains organized by PSD-95 palmitoylation machinery (2015)
  • Author(s): Masaki Fukata
  • Organizer: 第67回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: タワーホール船堀（東京都江戸川区）
  • Year and Date: 2015-06-30 – 2015-07-02
  • Invited
• [Book] 細胞工学 (2015)
  • Author(s): 横井紀彦、深田正紀、深田優子
  • Total Pages: 2 (512-513)
  • Publisher: 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/