2013 Fiscal Year Annual Research Report
ユビキチン連結酵素PARKINを活性化するメカニズム
Publicly Offered Research
| Project Area | New aspect of the ubiquitin system : its enormous roles in protein regulation |
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| Project/Area Number |
25112522
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan Institute of Medical Science |
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Principal Investigator |
松田 憲之 公益財団法人東京都医学総合研究所, 生体分子先端研究分野, プロジェクトリーダー (10332272)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | Parkin / PINK1 / ユビキチン / ミトコンドリア / パーキンソン病 |
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| Research Abstract |
申請者は研究計画に従って研究を遂行し、「異常なミトコンドリアによってParkinが活性化される仕組み」に関して顕著な進展があった。ひとつはParkinのリン酸化を介した制御であり、もう一つは活性中心であるCys431とユビキチンが高エネルギーチオエステル結合を形成することによる制御である。
申請者は2010年にはPINK1のプロテインキナーゼ活性がParkinの異常ミトコンドリアへの移行とユビキチン連結酵素(E3)活性化に必須であること、つまりPINK1のキナーゼ活性とParkinのE3活性が細胞内で良く相関することを報告した(JCB, 2010)。本年度はこのParkinの活性化を分子の言葉で説明するべく研究に邁進した。まずParkin様のタンパク質HHARIがRING-HECT hybrid型のE3であることに着想を得て、Parkinの活性中心がCys431であることや、このCys431とユビキチンがチオエステル結合した中間体を形成してParkinがE3として機能することを見出した。更に、PINK1のリン酸化標的を解析する過程で、ParkinのSer65がPINK1依存的にリン酸化されることや、このSer65リン酸化がCys431を介したユビキチン-チオエステル結合中間体形成に重要であることを報告した(Iguchi JBC 2013)。これらの結果から考察すると「活性中心であるCys431が普段はParkinの自己阻害ドメインによって塞がれているが、これがPINK1依存的なParkinのSer65リン酸化を介して脱抑制される」モデルが示唆されるが、「ParkinのSer65リン酸化模倣変異体(S65D, S65E)が細胞内でPINK1機能をバイパスしない」という実験結果との矛盾があり、次年度の研究課題であると考える。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ParkinのSer65がPINK1依存的にリン酸化されること、そのリン酸化がParkinのCys431を介したユビキチンとのチオエステル結合の形成やParkinの活性化に重要であることを見出しており、さらに上記の内容でJBC誌に論文を報告した。研究は概ね順調に推移していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
研究実績概要に記したように、「活性中心であるCys431が普段はParkinの自己阻害ドメインによって塞がれているが、これがPINK1依存的なParkinのSer65リン酸化を介して脱抑制される」という仮説が考えられるが、「ParkinのSer65リン酸化模倣変異体(S65D, S65E)が細胞内でPINK1機能をバイパスしない」という実験結果と矛盾しており、次年度には両者を統合するような仮説の提出と、その実験的な検証に挑む。
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[Journal Article] A dyadic PINK1-containing complex on depolarized mitochondria stimulates Parkin recruitment.2013
Author(s)
Okatsu, K., Uno, M., Koyano, F., Go, E., Kimura, M., Oka, T., Tanaka, K., and Matsuda, N.
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Journal Title
J. Biol. Chem.
Volume: 288
Pages: 36372-36384
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Parkin catalyzed ubiquitin-ester transfer is triggered by PINK1-dependent phosphorylation.2013
Author(s)
Iguchi, M., Kujuro, Y., Okatsu, K., Koyano, F., Kimura, M., Suzuki, N., Uchiyama, S., Tanaka, K., and Matsuda, N.
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Journal Title
J. Biol. Chem.,
Volume: 288
Pages: 22019-22032
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] The principal PINK1 and Parkin cellular events triggered in response to dissipation of mitochondrial membrane potential occur in primary neurons.2013
Author(s)
Koyano, F., Okatsu, K., Ishigaki, S., Fujioka, Y., Kimura, M., Sobue, G., Tanaka, K.*, and Matsuda, N*.
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Journal Title
Genes to Cells
Volume: 18
Pages: 672-681
DOI
Peer Reviewed
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