アルカデイン細胞質ドメインのリン酸化による軸索輸送制御機構の解析

• 研究課題/領域番号: 16J04020
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 機能生物化学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 蘇武 佑里子 北海道大学, 大学院生命科学院, 特別研究員(DC2)
• 研究期間 (年度): 2016-04-22 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 2,300千円 (直接経費: 2,300千円); 2017年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2016年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
• キーワード: キネシン / Calsyntenin / アルカデイン / APP / リン酸化 / 小胞輸送 / 軸索輸送 / 膜小胞輸送 / 細胞生物学

研究実績の概要

神経細胞は細胞体、樹状突起、軸索からなる、高度に極性化された細胞である。長い軸索中では主にキネシンモーターが細胞体から軸索末端までの分子輸送を担う。軸索中の輸送は神経が正常に機能するために重要であるが、輸送分子の選択機構や輸送制御機構については不明な点が多く残されている。
本研究ではキネシン1と直接結合する膜タンパク質である、アルカデインに着目した。この結合はキネシン1を活性化させ、アルカデインを含む輸送小胞は軸索中を輸送される。これまでの解析により、アルカデインの3ヶ所のリン酸化修飾がキネシン1への結合に必要であることを明らかにしており、アルカデインのリン酸化による新規軸索輸送制御機構が示唆されてきた。
これを検討するため、アルカデイン非リン酸化模倣変異体を用いて軸索輸送の観察を行った。キネシン１に対する結合減弱により、軸索中の輸送方向には変化は認められなかった一方で、順行性輸送の高速化が観察された。
輸送高速化の原因として、細胞体における小胞形成に着目した。アルカデインはAPP(アミロイド前駆体タンパク質)とゴルジ体で三量体を形成すると考えられるが、APPとアルカデインはそれぞれ特異的な輸送小胞を形成し、APPはアルカデインよりも高速に軸索中を輸送される。アルカデイン部分変異体について軸索中の局在を観察することで、キネシン１と強固に結合できないアルカデインは軸索APP小胞へ入り込むことで高速に輸送されていることを明らかにした。さらに、ゴルジ体からの輸送効率を測定することでキネシン１の結合がゴルジ体におけるアルカデイン特異小胞の出芽に必要である可能性を示した。このことから、アルカデイン小胞の形成はキネシン１の直接結合を必要としていること、またアルカデインの軸索輸送はリン酸化によるキネシン１のリクルートによって促進されるという新規の軸索輸送機構および制御機構についての知見を得た。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Phosphorylation of multiple sites within an acidic region of Alcadein α is required for kinesin-1 association and Golgi exit of Alcadein α cargo (2017)
  • 著者名/発表者名: Sobu Yuriko、Furukori Keiko、Chiba Kyoko、Nairn Angus C.、Kinjo Masataka、Hata Saori、Suzuki Toshiharu
  • 雑誌名: Molecular Biology of the Cell 巻: 28 号: 26 ページ: 3844-3856
  • DOI: 10.1091/mbc.e17-05-0301
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Phosphorylation of KLC1 modifies interaction with JIP1 and abolishes the enhanced fast velocity of APP transport by kinesin-1 (2017)
  • 著者名/発表者名: Chiba Kyoko、Chien Ko-yi、Sobu Yuriko、Hata Saori、Kato Shun、Nakaya Tadashi、Okada Yasushi、Nairn Angus C.、Kinjo Masataka、Taru Hidenori、Wang Rong、Suzuki Toshiharu
  • 雑誌名: Molecular Biology of the Cell 巻: 28 号: 26 ページ: 3857-3869
  • DOI: 10.1091/mbc.e17-05-0303
  • NAID: 120006394566
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Facilitation of brain mitochondrial activity by 5-aminolevulinic acid in a mouse model of Alzheimer's disease (2016)
  • 著者名/発表者名: *Omori C, *Motodate R, *Shiraki Y, *Chiba K, *Sobu Y, Kimura A, Nakaya T, Kondo H,Kurumiya S, Tanaka T, Yamamoto K, Nakajima M, Suzuki T, Hata S.
  • 雑誌名: Nutritional Neuroscience 巻: Jun22 ページ: 1-9
  • 査読あり
• [学会発表] Phosphorylation of multiple sites of Alcadein α is required for kinesin-1 association and Golgi exit of Alcadein α (2017)
  • 著者名/発表者名: Sobu Y., Nairn A.C., Kinjo M., Hata S., Suzuki T.
  • 学会等名: 2017 ASCB | EMBO Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] Regulation and Function of APP as a Cargo-Receptor of Kinesin-1 in Neuron. (2017)
  • 著者名/発表者名: Suzuki T., Chiba K., Shiraki Y., Sobu Y., Hata S.
  • 学会等名: Alzheimer's Association International Conference 2017 (AAIC)
  • 国際学会
• [学会発表] Multiple phosphorylations of Alcadeinα regulates interaction with kinesin-1. (2016)
  • 著者名/発表者名: Sobu, Y., Hata, S., Suzuki, T.
  • 学会等名: Cell biology 2016, The American Society for Cell Biology Annual Meeting
  • 発表場所: サンフランシスコ(アメリカ合衆国)
  • 国際学会
• [備考] 北海道大学薬学研究院神経科学研究室
  • URL: http://www.pharm.hokudai.ac.jp/shinkei/index.html