蛋白燐酸化酵素の構造と機能:神経情報伝達の分子機構

1989 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 63440021
• Research Institution: Kobe University School of Medicine
• Principal Investigator: 田中 千賀子 神戸大学, 医学部, 教授 (20025571)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 久野 高義 神戸大学, 医学部, 講師 (50144564) ; 谷山 紘太郎 神戸大学, 医学部, 助教授 (70030898)
• Keywords: プロテインキナ-ゼC / cAMP依存性プロテインキナ-ゼ / シナプス伝達 / 神経情報伝達 / 細胞内情報伝達 / 免疫組織化学

Research Abstract

ホルモンや神経伝達物質による生体情報の伝達の仕組みの中で、環状ヌクレオチド、カルシウム、ジアシルグリセロ-ルなどのセカンドメッセンジャ-の作用点である蛋白質燐酸化酵素の重要性は確立され、特にプロテインキナ-ゼC及びcAMP依存性プロテインキナ-ゼ(Aキナ-ゼ)は主軸を成す細胞内情報系として注目されている。本研究は神経情報伝達の分子機構の解明のため、プロテインキナ-ゼC及びAキナ-ゼを介する細胞内情報伝達系に焦点をあて、次の研究を行うことを目的とした。(1)プロテインキナ-ゼCサブタイプの局在と機能の解析、(2)プロテインキナ-ゼCのシナプス伝達における作用解析、(3)環状ヌクレオチド依存性プロテインキナ-ゼの遺伝子クロ-ニングと発現細胞系の構築とその特性解析。
(1)についてはα、βI、βII、γそれぞれのサブタイプに対する特異抗体を用いて、ラット脳における光顕及び電顕レベルの局在解析を行った。各サブタイプはそれぞれ異なる特徴的な分布を示した。また発達期の脳における局在を調べたところ、各サブタイプはそれぞれ異なった時期に発現し、突起伸長に関与するものと、シナプス形成に関与する分子種が明らかになった。これらの各サブタイプの発現特異性はオリゴヌクレオチドを用いたin situ hybridization法によっても確認された。(2)については神経終末からの神経伝達物質のCa^<2+>依存性の小胞性遊離にプロテインキナ-ゼCが関与し、特に、小脳プルキンエ細胞からのGABA遊離にはアラキドン酸で活性化されるγサブタイプが関与することが明らかになった。(3)についてはAキナ-ゼ制御サブユニットの全長をコ-ドするcDNAのクロ-ニングに成功し、制御サブユニットとその変異体を大腸菌に大量発現させ,ウシ心臓から精製した触媒サブユニットと再構成し、Aキナ-ゼのcAMP結合部位の意義について明らかにした。
以上の結果、プロテインキナ-ゼCサブタイプは神経細胞にそれぞれ異なった分布を示し、突起伸長、シナプス形成、神経伝達物質遊離、神経伝達の長期増強など種々の機能はこれらサブタイプにより分担されていることが示された。また、ラット脳Aキナ-ゼI型制御サブユニットの遺伝子クロ-ニングを行い、発現細胞系を構築し、活性化の分子機構を解明することにより、神経細胞内情報伝達系における蛋白燐酸化反応の意義を明らかにした。

Research Products

• [Publications] A.Ito: "Immunocytochemical localization of alpha-subspecies of protein kinase C in rat brain." Proc.Natl.Acad.Sci.USA.in press. (1990)
• [Publications] K.Hosoda: "Immunocytochemical localization of the betaI-subspecies of protein kinase C in rat brain." Proc.Natl.Acad.Sci.USA. 86. 1393-1397 (1989)
• [Publications] N.Saito: "Immunocytochemical localization of betaII-subspecies of protein kinase C in rat brain." Proc.Natl.Acad.Sci.USA.86. 3409-3431 (1989)
• [Publications] A.Ito: "Localization of betaII-subspecies of protein kinase C in B cell of pancreatic islet." Diabetes. 38. 1005-1011 (1989)
• [Publications] T.Tsujino: "Light and electron microscopic localization of betaI-,betaII- and gamma- subspecies of protein kinase C in rat cerebral cortex." J.Neurosci.(1990)
• [Publications] A.Kose: "Electron microscopic localization of gamma- and betaII- subspecies of protein kinase C in rat hippocampus." Brain Res.(1990)