S-アシル化修飾ゾーンによるシナプス機能制御

• 研究領域: 細胞機能を司るオルガネラ・ゾーンの解読
• 研究課題/領域番号: 20H04915
• 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: 生物系
• 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): 2020-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円); 2021年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2020年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
• キーワード: S-アシル化修飾 / タンパク質 / 脂質 / 酵素 / シナプス / PSD-95 / ADAM22 / ZDHHCタンパク質 / ABHD17 / ZDHHC

研究開始時の研究の概要

S-アシル化脂質修飾は、ウイルスから動物、植物まで保存された普遍的なタンパク質の修飾反応である。S-アシル化は、タンパク質に飽和脂肪酸であるパルミチン酸を可逆的に付加することでタンパク質の細胞内での輸送や局在、機能を制御する。本研究で私共は、“細胞内局所で、S-アシル化酵素と脱S-アシル化酵素が協調して形成する「S-アシル化修飾ゾーン」が、タンパク質の特異的かつ動的な局在制御を担う”という仮説を検証する。

研究実績の概要

本研究では、神経細胞の高度に特殊化した細胞膜領域であるシナプス膜領域をモデルとして、その形成と機能発現における「S-アシル化修飾ゾーン」の役割に着目してきた。とりわけ、シナプス後部膜に濃縮する代表的な足場タンパク質“PSD-95”の集積機構について解析を進めてきた。最近、私共は、PSD-95がシナプス後部膜に濃縮するには、(1) S-アシル化修飾に加えて、(2) PSD-95結合タンパク質として見出していたADAM22との結合が重要であることを見出した（Fukata et al. PNAS 2021）。2021年度は、米国UCSFのNicoll博士との共同研究にて、ADAM22-PSD-95経路が海馬の長期増強（LTP, long term potentiation）と呼ばれるシナプス可塑性に関与しているかを検討した。その結果、ADAM22-PSD-95経路は、SAP102経路と協調して、LTP誘導に必須の役割を果たしていることを明らかにした（Chen X, Fukata et al. PNAS 2021）。さらに、私共はADAM22の輸送ゾーン（生合成経路と分解経路）について解析を進め、ADAM22はPKAによりリン酸化され、14-3-3タンパク質と強固に結合することで安定にシナプス膜に発現することを見出した。一方、このリン酸化を受けない遺伝子改変マウスを作製したところ、ADAM22は14-3-3と結合できずに分解されてしまい、脳内のADAM22の量が約40%にまで減少することを見出した(Yokoi et al. Cell Rep 2021)。以上の結果より、シナプス後部へのPSD-95の集積およびそのシナプス機能には、S-アシル化と共に膜タンパク質ADAM22との結合が重要であることが明らかになった。

現在までの達成度 (段落)

令和3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3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(米国)
• [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] DZNE/Charite-Universitatsmedizin(ドイツ)
• [国際共同研究] Aarhus University(デンマーク)
• [国際共同研究]
• [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(オーストラリア)
• [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)
• [雑誌論文] Biallelic ADAM22 pathogenic variants cause progressive encephalopathy and infantile-onset refractory epilepsy (2022)
  • 著者名/発表者名: van der Knoop M Marieke M*、Maroofian Reza*、Fukata Yuko*、van Ierland Yvette、Karimiani G Ehsan、Lehesjoki Anna-Elina、Muona Mikko、Paetau Anders、Miyazaki Yuri、Hirano Yoko、Selim Laila、-----32名-----、Striano Pasquale、Severino Mariasavina、Fukata Masaki#、Hilhorst-Hofstee Yvonne#、Houlden Henry#
  • 雑誌名: Brain 巻: - 号: 7 ページ: 2301-2312
  • DOI: 10.1093/brain/awac116
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Trans-synaptic LGI1-ADAM22?MAGUK in AMPA and NMDA receptor regulation (2021)
  • 著者名/発表者名: Fukata Yuko、Hirano Yoko、Miyazaki Yuri、Yokoi Norihiko、Fukata Masaki
  • 雑誌名: Neuropharmacology 巻: 194 ページ: 108628-108628
  • DOI: 10.1016/j.neuropharm.2021.108628
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 14-3-3 proteins stabilize LGI1-ADAM22 levels to regulate seizure thresholds in mice (2021)
  • 著者名/発表者名: Norihiko Yokoi, Yuko Fukata, Kei Okatsu, Atsushi Yamagata, Yan Liu , Makoto Sanbo, Yuri Miyazaki, Teppei Goto, Manabu Abe , Hidetoshi Kassai, Kenji Sakimura, Dies Meijer, Masumi Hirabayashi, Shuya Fukai, Masaki Fukata
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 37 号: 11 ページ: 110107-110107
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.110107
  • NAID: 120007177780
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A novel red fluorescence dopamine biosensor selectively detects dopamine in the presence of norepinephrine in vitro (2021)
  • 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: Molecular Brain 巻: 14 号: 1 ページ: 173-173
  • DOI: 10.1186/s13041-021-00882-8
  • 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 epileptic seizures (2021)
  • 著者名/発表者名: Kreye Jakob、Wright K Sukhvir、van Casteren Adriana、Stoffler Laura、Machule Marie-Luise、Reincke S Momsen、Nikolaus Marc、van Hoof Scott、Sanchez-Sendin Elisa、Homeyer A Marie、Cordero Gomez Cesar、Kornau Hans-Christian、-----12名-----、Wickel Jonathan、Geis Christian、Fukata Yuko、Fukata Masaki、Pruss Harald
  • 雑誌名: Journal of Experimental Medicine 巻: 218
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] MAGUKs are essential, but redundant, in long-term potentiation (2021)
  • 著者名/発表者名: Chen Xiumin、Fukata Yuko、Fukata Masaki、Nicoll Roger A.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 118 号: 28
  • DOI: 10.1073/pnas.2107585118
  • 査読あり / 国際共著
• [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
• [学会発表] Trans-synaptic LGI1-ADAM22-MAGUK protein complex in synaptic functions and disorders (2021)
  • 著者名/発表者名: Fukata Masaki、Fukata Yuko
  • 学会等名: SYNABS Symposium (Germany, Virtual meeting)
  • 国際学会 / 招待講演
• [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
• [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 新たなてんかん治療戦略を提案
  • URL: https://www.nips.ac.jp/release/2021/12/_adam22.html
• [備考] プレスリリース 新たなてんかん治療戦略を提案
  • URL: https://www.amed.go.jp/news/release_20211215.html
• [備考] プレスリリース 新規赤色蛍光ドーパミンバイオセンサーの開発
  • URL: https://www.nibb.ac.jp/press/2021/12/20.html
• [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