概日リズムの多重リン酸化を校正する酵素機能解析

• 研究課題/領域番号: 20K15766
• 研究種目: 若手研究
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 小区分43040:生物物理学関連
• 研究機関: 北海道大学 (2021-2023); 国立研究開発法人理化学研究所 (2020)
• 研究代表者: 篠原 雄太 北海道大学, 遺伝子病制御研究所, 特任講師 (10755193)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2021年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円); 2020年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: 概日リズム / リン酸化酵素 / 温度補償性 / CKIδ / 概日時計 / 多重リン酸化 / 脱リン酸化 / casein kinase 1 / クリプトクロム / タンパク質間相互作用 / 転写活性 / 蛋白質間相互作用 / 校正機能 / 同調機構

研究開始時の研究の概要

近年、概日時計システムはCKIδによる時計タンパク質のリン酸化が、周期長を決める律速段階であることが明らかになってきた。これは複数のリン酸化過程を経由するにもかかわらず、動的な複合体形成やリン酸化反応の方向性が極めて正確に同調する。しかし、CKIδの多重リン酸化を同調させる分子機構は解かれていない。これまでに申請者は、CKIδに新規酵素活性であるADP依存的な脱リン酸化を見出している。もし脱リン酸化活性が多重リン酸化制御に働く補正機能だとすれば、概日時計の周期長を同調させる一端を担っていると考えられる。本研究では、脱リン酸化基質モチーフの探索、脱リン酸化活性部位の同定を行う。

研究成果の概要

概日リズムの周期長を決定しているCKIδのリン酸化は温度に非依存的なリン酸化(温度補償性)することが知らている。本研究では、CKIδに新たな酵素機能として発見した脱リン酸化活性の概日時計における生物学的な意義を探求した。CKIδの脱リン酸化を促進させるペプチドを時計タンパク質断片のアミノ酸配列からスクリーニングを行いPER2タンパク質領域にCKIδの脱リン酸化と強く相互作用するペプチドがあることを見出した。これらのペプチドはbTrCP領域など概日時計の周期長に影響を及ぼす配列も含まれており、脱リン酸化が周期に影響を与えることが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

CKIδはリン酸化酵素であるにも関わらず脱リン酸化活性が起こり酵素活性としての2面性を有する。しかしリン酸化酵素における脱リン酸化活性の意義は明らかにされていない。本研究ではCKIδの脱リン酸化活性機構の分子メカニズムを生物物理学的なアプローチにより明らかにして、概日リズムにおけるCKIδの脱リン酸化活性の意義を結びつけるための、新しい観点を提示できた。

研究成果

• [雑誌論文] GM-CSF Promotes the Survival of Peripheral-Derived Myeloid Cells in the Central Nervous System for Pain-Induced Relapse of Neuroinflammation (2023)
  • 著者名/発表者名: Matsuyama Shiina、Yamamoto Reiji、Murakami Kaoru、Takahashi Nobuhiko、Nishi Rieko、Ishii Asuka、Nio Kobayashi Junko、Abe Nobuya、Tanaka Kumiko、Jiang Jing Jing、Kawamoto Tadafumi、Iwanaga Toshihiko、Shinohara Yuta、（４名省略）、Kubota Shimpei I、（４名省略）、Murakami Masaaki
  • 雑誌名: The Journal of Immunology 巻: 211 号: 1 ページ: 34-42
  • DOI: 10.4049/jimmunol.2200567
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Zoobiquity experiments show the importance of the local MMP9-plasminogen axis in inflammatory bowel diseases in both dogs and patients. (2023)
  • 著者名/発表者名: Takeshi Yamasaki, Noriyuki Nagata, Toru Atsumi, Rie Hasebe, Yuki Tanaka, Izuru Ohki, Shimpei Kubota, Yuta Shinohara, Yong Bin Teoh, Nozomu Yokoyama, Noboru Sasaki, Kensuke Nakamura, Hiroshi Ohta, Takehiko Katsurada, Yoshihiro Matsuno, Shintaro Hojyo, Shigeru Hashimoto, Mitsuyoshi Takiguchi, Masaaki Murakami.
  • 雑誌名: International immunology 巻: - 号: 7 ページ: 313-326
  • DOI: 10.1093/intimm/dxad006
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Computer model of IL-6-dependent rheumatoid arthritis in F759 mice (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Reiji、Yamada Satoshi、Atsumi Toru、Murakami Kaoru、Hashimoto Ari、Naito Seiichiro、Tanaka Yuki、Ohki Izuru、Shinohara Yuta、Iwasaki Norimasa、Yoshimura Akihiko、Jiang Jing-Jing、Kamimura Daisuke、Hojyo Shintaro、Kubota Shimpei I、Hashimoto Shigeru、Murakami Masaaki
  • 雑誌名: International Immunology 巻: 35 号: 9 ページ: 403-421
  • DOI: 10.1093/intimm/dxad016
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] High-precision rapid testing of omicron SARS-CoV-2 variants in clinical samples using AI-nanopore (2023)
  • 著者名/発表者名: Murakami Kaoru、Kubota Shimpei I.、Tanaka Kumiko、Tanaka Hiroki、Akabane Keiichiroh、Suzuki Rigel、Shinohara Yuta、Takei Hiroyasu、Hashimoto Shigeru、Tanaka Yuki、Hojyo Shintaro、Sakamoto Osamu、Naono Norihiko、Takaai Takayui、（１０名省略）、Taniguchi Masateru、Murakami Masaaki
  • 雑誌名: Lab on a Chip 巻: 23 号: 22 ページ: 4909-4918
  • DOI: 10.1039/d3lc00572k
  • 査読あり
• [学会発表] Timekeepers of the mammalian circadian clock regulate post-translational modifications (2023)
  • 著者名/発表者名: Yuta Shinohara
  • 学会等名: 第61回日本生物物理学会年会
  • 招待講演