数理解析を目指したパルミトイル化シグナル伝達研究

• 研究領域: 数理解析に基づく生体シグナル伝達システムの統合的理解
• 研究課題/領域番号: 19H04974
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 複合領域
• 研究機関: 生理学研究所
• 研究代表者: 深田 正紀 生理学研究所, 分子細胞生理研究領域, 教授 (00335027)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 10,790千円 (直接経費: 8,300千円、間接経費: 2,490千円); 2020年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2019年度: 5,330千円 (直接経費: 4,100千円、間接経費: 1,230千円)
• キーワード: パルミトイル化修飾 / ZDHHC / ABHD17 / シナプス / 数理解析

研究開始時の研究の概要

タンパク質のパルミトイル化脂質修飾は、酵母から動・植物まで保存された普遍的な翻訳後修飾で、タンパク質の輸送や機能を制御する。近年の網羅的なプロテオミクス解析により、多種多様なパルミトイル化タンパク質が次々と報告されているが、そのシグナル伝達機構は殆ど不明である。本研究では、神経シナプスの中心的タンパク質であるPSD-95をモデルとして、パルミトイル化シグナル伝達機構の全容を明らかにする。

研究実績の概要

パルミトイル化修飾は、可逆的な脂質修飾でタンパク質の局在や機能を動的に制御する。近年のプロテオミクス解析により、多種多様なパルミトイル化タンパク質が次々と報告されているが、そのシグナル伝達機構は殆ど不明である。本研究では、神経シナプスの中心的足場タンパク質であるPSD-95等をモデルとして、パルミトイル化シグナル伝達機構の全容を明らかにする。具体的には、(1)パルミトイル化反応の制御機構の解明、(2)パルミトイル化反応が可逆的である意義を解明する。
2020年度は、PSD-95の脱パルミトイル化酵素ABHD17の相互作用分子群の解析を進めた。2019年度にショットガン法にて同定したABHD17相互作用分子(263種)の中で、生理的に重要かつ新規性の高いと考えられた10種類余りのタンパク質について、解析を進めた。これら相互作用分子の結合特異性は、タグ付きABHD17ノックインマウスと野生型マウスの精製タンパク質プロファイルを比較することで評価した。また、PSD-95のパルミトイル化酵素の一つであるZDHHC2の基質タンパク質をパルミトーム解析により探索した。野生型マウス脳とZDHHC2ノックアウトマウス脳におけるパルミトームの比較により、in vivoにおけるZDHHC2特異的な基質タンパク質の有無を検討、解析した。これらの特異性と定量性を重視した生化学的解析により、ABHD17とDHHC2の反応機構、活性制御機構の解明に資する重要な知見を得た。さらに、パルミトイル化反応が可逆的である意義を明らかにするために、パルミトイル化サイクルを受けないPSD-95変異体の性状解析を推し進めた。

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] UCSF/UCSD(米国)
• [国際共同研究] DZNE(ドイツ)
• [国際共同研究] IST(オーストリア)
• [国際共同研究] UCL/The University of Edinburgh(英国)
• [国際共同研究] University of Helsinki(フィンランド)
• [国際共同研究] UCSF/Chicago University(米国)
• [国際共同研究] Institut Curie(フランス)
• [国際共同研究] DZNE(ドイツ)
• [国際共同研究] UCL Institute of Neurology(英国)
• [国際共同研究] University of Helsinki(フィンランド)
• [国際共同研究]
• [雑誌論文] LGI1-ADAM22-MAGUK configures transsynaptic nanoalignment for synaptic transmission and epilepsy prevention (2021)
  • 著者名/発表者名: Fukata Yuko、Chen Xiumin、Chiken Satomi、Hirano Yoko、Yamagata Atsushi、Inahashi Hiroki、Sanbo Makoto、Sano Hiromi、Goto Teppei、Hirabayashi Masumi、Kornau Hans-Christian、Pruss Harald、Nambu Atsushi、Fukai Shuya、Nicoll Roger A.、Fukata Masaki
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 118 号: 3 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1073/pnas.2022580118
  • NAID: 120006976050
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Canonical versus non-canonical transsynaptic signaling of neuroligin 3 tunes development of sociality in mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Yoshida T, Yamagata A, Imai A, Kim J, Izumi H, Nakashima S, Shiroshima T, Maeda A, Iwasawa-Okamoto S, Azechi K, Osaka F, Saitoh T, Maenaka K, Shimada T, Fukata Y, Fukata M, Matsumoto J, Nishijo H, Takao K, Tanaka S, Okabe S, Tabuchi K, Uemura T, Mishina M, Mori H & Fukai S
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 12(1) 号: 1 ページ: 1848-1848
  • DOI: 10.1038/s41467-021-22059-6
  • NAID: 120006996978
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Encephalitis patient derived monoclonal GABAA receptor antibodies cause catatonia and epileptic seizures (2021)
  • 著者名/発表者名: Kreye Jakob、Wright Sukhvir K.、van Casteren Adriana、Machule Marie-Luise、Reincke S. Momsen、Nikolaus Marc、Stoffler Laura、van Hoof Scott、Sanchez-Sendin Elisa、Kornau Hans-Christian、Kaindl Angela M.、Wilson Max A.、Greenhill Stuart、他5名、Geis Christian、Fukata Yuko、Fukata Masaki、Pruss Harald
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/2021.01.28.428602
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] APEGS法によるタンパク質パルミトイル化修飾の定量 (2021)
  • 著者名/発表者名: 深田正紀、横井紀彦、深田優子
  • 雑誌名: 電気泳動 巻: 65
  • NAID: 130008072916
  • 査読あり
• [雑誌論文] Forelimb movements evoked by optogenetic stimulation of the macaque motor cortex (2020)
  • 著者名/発表者名: Watanabe H, Sano H, Chiken S, Kobayashi K, Fukata Y, Fukata M, Mushiake H, Nambu A
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 11 号: 1 ページ: 3253-3253
  • DOI: 10.1038/s41467-020-16883-5
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A genetically encoded red fluorescence dopamine biosensor enables dual imaging of dopamine and norepinephrine (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakamoto Chihiro、Goto Yuhei、Tomizawa Yoko、Fukata Yuko、Fukata Masaki、Harpsoe Kasper、Gloriam David E.、Aoki Kazuhiro、Takeuchi Tomonori
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/2020.05.25.115162
  • オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The extracellular domain of angulin-1 and palmitoylation of its cytoplasmic region are required for angulin-1 assembly at tricellular contacts (2020)
  • 著者名/発表者名: Yukako Oda, Taichi Sugawara, Yuko Fukata, Yasushi Izumi, Tetsuhisa Otani, Tomohito Higashi, Masaki Fukata, Mikio Furuse
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 295 号: 13 ページ: 4289-4302
  • DOI: 10.1074/jbc.ra119.010491
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Human Cerebrospinal Fluid Monoclonal LGI1 Autoantibodies Increase Neuronal Excitability (2020)
  • 著者名/発表者名: Kornau Hans‐Christian、Kreye Jakob、Stumpf Alexander、Fukata Yuko、Parthier Daniel、Sammons Rosanna P.、Imbrosci Barbara、Kurpjuweit Sarah、Kowski Alexander B.、Fukata Masaki、Pruss Harald、Schmitz Dietmar
  • 雑誌名: Annals of Neurology 巻: 87 号: 3 ページ: 405-418
  • DOI: 10.1002/ana.25666
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Dynamic palmitoylation controls the microdomain localization of the DKK1 receptors CKAP4 and LRP6 (2019)
  • 著者名/発表者名: Sada Ryota、Kimura Hirokazu、Fukata Yuko、Fukata Masaki、Yamamoto Hideki、Kikuchi Akira
  • 雑誌名: Science Signaling 巻: 12 号: 608 ページ: 9519-9519
  • DOI: 10.1126/scisignal.aat9519
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] ABHD10 is an S-depalmitoylase affecting redox homeostasis through peroxiredoxin-5 (2019)
  • 著者名/発表者名: Cao Yang、Qiu Tian、Kathayat Rahul S.、Azizi Saara-Anne、Thorne Anneke K.、Ahn Daniel、Fukata Yuko、Fukata Masaki、Rice Phoebe A.、Dickinson Bryan C.
  • 雑誌名: Nature Chemical Biology 巻: 15 号: 12 ページ: 1232-1240
  • DOI: 10.1038/s41589-019-0399-y
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Targeting CCR5 trafficking to inhibit HIV-1 infection (2019)
  • 著者名/発表者名: Boncompain Gaelle、Herit Floriane、Tessier Sarah、Lescure Aurianne、Del Nery Elaine、Gestraud Pierre、Staropoli Isabelle、Fukata Yuko、Fukata Masaki、Brelot Anne、Niedergang Florence、Perez Franck
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 5 号: 10
  • DOI: 10.1126/sciadv.aax0821
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Systematic Screening of Depalmitoylating Enzymes and Evaluation of Their Activities by the Acyl-PEGyl Exchange Gel-Shift (APEGS) Assay (2019)
  • 著者名/発表者名: Kanadome T, Yokoi N, Fukata Y, Fukata M.
  • 雑誌名: Methods Mol Biol 巻: 印刷中 ページ: 83-98
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-9532-5_7
  • ISBN: 9781493995318, 9781493995325
  • 査読あり
• [雑誌論文] Limbic Encephalitis in a Cat with Hippocampal Necrosis, putatively associated with DCC (deleted in colorectal cancer; Netrin-1 Receptor) Antibodies (2019)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa D, Ohnishi Y, Koyama E, Matsunaga S, Ohtani S, Nakanishi A, Shiga T, Chambers JK, Uchida K, Yokoi N, Fukata Y, Fukata M.
  • 雑誌名: J Vet Intern Med 巻: 印刷中 号: 3 ページ: 1440-1445
  • DOI: 10.1111/jvim.15492
  • 査読あり
• [学会発表] Acyl-PEGyl exchange gel-shift (APEGS) assay for palmitoylation quantification (2020)
  • 著者名/発表者名: Fukata Masaki、Yokoi Norihiko、Fukata Yuko
  • 学会等名: 第71回 日本電気泳動学会総会
  • 招待講演
• [学会発表] Synaptic function regulated by palmitate cycling on PSD-95 and trans-synaptic LGI1 and ADAM22 (2020)
  • 著者名/発表者名: Fukata Masaki、Yuri Miyazaki、Yokoi Norihiko、Fukata Yuko
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Synapse maturation regulated by palmitate cycling on PSD-95 and trans-synaptic LGI1 and ADAM22 (2019)
  • 著者名/発表者名: Fukata Masaki
  • 学会等名: CFC seminar series Spring
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] The LGI1-ADAM22 protein complex in synaptic transmission and synaptic disorders (2019)
  • 著者名/発表者名: Fukata Masaki
  • 学会等名: 2019 Korea-Yonsei-NIPS International Joint Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] シナプス成熟機構とその破綻による病態機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 深田正紀
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Physiological roles of trans-synaptic LGI1-ADAM22-MAGUK complex (2019)
  • 著者名/発表者名: Fukata Yuko、Hirano Yoko、Inahashi Hiroki、Miyazaki Yuri、Yokoi Norihiko、Sanbo Makoto、Goto Teppei、Hirabayashi Masumi, Fukata Masaki
  • 学会等名: Neuroscience Meeting SfN 2019
  • 国際学会
• [図書] 膜タンパク質工学ハンドブック (2020)
  • 著者名/発表者名: 平野瑶子、宮﨑裕理、横井紀彦、平田哲也、深田正紀、深田優子
  • 総ページ数: 17
  • 出版者: エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 9784860435370
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: https://www.nips.ac.jp/fukata/
• [備考] プレスリリース：神経シナプス間の軸調整を担う分子群を発見―新たなてんかん病態を解明―
  • URL: https://www.nips.ac.jp/release/2021/01/post_426.html