パーキンソン病原因遺伝子産物ＰＩＮＫ１とＰａｒｋｉｎの構造基盤の確立

• Project/Area Number: 15J10559
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Pathological medical chemistry
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 尾勝 圭 東京大学, 分子細胞生物学研究所, 特別研究員(PD) (00739641)
• Project Period (FY): 2015-04-24 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2017: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2016: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: パーキンソン病 / ミトコンドリア / リン酸化 / マイトファジー / Parkin / PINK1 / ユビキチン / キナーゼ

Outline of Annual Research Achievements

PINK1とParkinはパーキンソン病の原因遺伝子産物である。細胞内では膜電位の低下した不良ミトコンドリアを分解することが報告されている。この過程でPINK1はユビキチンとParkinのユビキチン様ドメイン(UBLドメイン)をリン酸化する。近年、複数の研究グループが自己阻害型Parkinの立体構造とリン酸化ユビキチン結合型Parkinの立体構造を明らかにしている。本研究では未だに報告のないPINK1の立体構造解析に焦点を当てて制御機構や基質の選択性を明らかにするために研究を行った。初年度に不均一なリン酸化状態のPINK1から主要なリン酸化部位を同定し、均一なサンプルを得られる発現・精製系を構築した。その発現・精製系を用いることでPINK1の結晶化に成功した。X線結晶構造解析の結果、ATP非加水分解性アナログ結合型PINK1の構造が明らかとなった。PINK1のATP認識機構が明らかになると同時に、C末端側に位置するPINK1独自の構造も明らかにできた。PINK1の構造を基にして生化学的解析と細胞生物学的解析を行うことでPINK1のユビキチン認識に重要な残基を検証した。また、部位特異的架橋法によりユビキチン側のPINK1結合部位も明らかにした。PINK1のcatalytic grooveの幅は直線状の基質を認識するキナーゼより広く、立体構造を認識するキナーゼに近い特徴があった。さらにPINK1とユビキチンの相互作用面は対照的な表面電荷を有していた。これらはPINK1の基質の選択性に影響を与えていると考えられる。一方で、ミトコンドリアには脱ユビキチン化酵素USP30が存在していることが知られており、USP30がParkinによるユビキチン化の逆反応を行うことが示唆されている。USP30の構造を基にした変異体解析を培養細胞を用いて行い、主にK63鎖及びK6鎖の変化を観察した。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Structural basis for specific cleavage of Lys6-linked polyubiquitin chains by USP30 (2017)
  • Author(s): Sato Yusuke、Okatsu Kei、Saeki Yasushi、Yamano Koji、Matsuda Noriyuki、Kaiho Ai、Yamagata Atsushi、Goto-Ito Sakurako、Ishikawa Minoru、Hashimoto Yuichi、Tanaka Keiji、Fukai Shuya
  • Journal Title: Nature Structural & Molecular Biology Volume: 24 Issue: 11 Pages: 911-919
  • DOI: 10.1038/nsmb.3469
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] ユビキチンキナーゼPINK1のX線結晶構造解析 (2018)
  • Author(s): 尾勝 圭
  • Organizer: 第1回ユビキチン研究会