パルミトイル化修飾の光操作によるシナプス膜ドメイン構築機構の解明

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K14560
• 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): 2016-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: タンパク質 / 光科学 / LOV2 / ABHD17 / 酵素 / シナプス / LOVTRAP / Zdk1-iLID

研究実績の概要

神経シナプスは神経活動に応じて情報伝達効率を変化させる可塑的性質を有し、高次脳機能発現を担う。シナプスは特殊化したシナプス前、後膜（PSD）からなり、これら膜ドメインの神経活動依存的な改変がシナプス可塑性の本態であると考えられている。しかし、PSDの改変とシナプス可塑性の因果関係は未だ十分に実証されていない。これまでに、私共はパルミトイル化脂質修飾関連酵素（パルミトイル化および脱パルミトイル化酵素）の細胞膜局所における動的活性変化が、PSD構築の基盤的機構の一つであることを見出してきた。本研究では、パルミトイル化酵素や脱パルミトイル化酵素の活性を光遺伝学的に人工操作する手法を開発し、PSD構築を時空間的に改変することを試みる。平成29年度は、PSD-95の脱パルミトイル化酵素として見出したABHD17(Alpha/beta hydrolase domain-containing protein 17)とパルミトイル化酵素ZDHHC2に対して光操作性分子プローブの作成および性状解析を行った。具体的にはLight-Oxygen-Voltage sensing (LOV2)ドメインを融合させたコンストラクトやCRY2とCIB1コンストラクトを複数作成し、光照射依存的に特定の細胞内領域にABHD17をリクルートすることに成功した。しかし、効率良く酵素活性を再構築するには至らなかった。そこで、新たにLOVTRAPシステムやZdk1-iLIDシステムを導入し、各種コンストラクトを作成し、その性状解析を進めた。そして、ABHD17の酵素活性を光操作するための手がかりを得た。

研究成果

• [国際共同研究] Utrecht University(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: Utrecht University
• [雑誌論文] Structural basis of epilepsy-related ligand-receptor complex LGI1-ADAM22 (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamagata A, Miyazaki Y, Yokoi N, Shigematsu H, Sato Y, Goto-Ito S, Maeda A, Goto T, Sanbo M, Hirabayashi M, Shirouzu M, Fukata Y, Fukata M, Fukai S
  • 雑誌名: Nat Commun 巻: 印刷中 ページ: 印刷中
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Neurobiology of autoimmune encephalitis (2018)
  • 著者名/発表者名: Fukata Masaki、Yokoi Norihiko、Fukata Yuko
  • 雑誌名: Curr Opin Neurobiol 巻: 48 ページ: 1～8
  • DOI: 10.1016/j.conb.2017.07.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] パルミトイル化修飾酵素を軸とした神経機能研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 平田 哲也，深田 優子，深田 正紀
  • 雑誌名: 生化学 巻: 90 ページ: 印刷中
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2018.90
  • 査読あり
• [雑誌論文] Dynamic Palmitoylation Targets MAP6 to the Axon to Promote Microtubule Stabilization during Neuronal Polarization (2017)
  • 著者名/発表者名: Tortosa E, Adolfs Y, Fukata M, Pasterkamp RJ, Kapitein LC, Hoogenraad CC
  • 雑誌名: Neuron 巻: 94 ページ: 809～825
  • DOI: 10.1016/j.neuron.2017.04.042
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Secreted Metalloproteinase ADAMTS-3 Inactivates Reelin (2017)
  • 著者名/発表者名: Ogino H, Hisanaga A, Kohno T, Kondo Y, Okumura K, Kamei T, Sato T, Asahara H, Tsuiji H, Fukata M, Hattori M
  • 雑誌名: J Neurosci 巻: 37 ページ: 3181～3191
  • DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3632-16.2017
  • 査読あり
• [雑誌論文] In situ screening for postsynaptic cell adhesion molecules during synapse formation (2017)
  • 著者名/発表者名: Uemura T, Shiroshima T, Maeda A, Yasumura M, Shimada T, Fukata Y, Fukata M, Yoshida T
  • 雑誌名: J Biochem 巻: 162 ページ: 295～302
  • DOI: 10.1093/jb/mvx030
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coupling of a voltage-gated Ca2+ channel homolog with a plasma membrane H+-ATPase in yeast (2017)
  • 著者名/発表者名: Cho T, Ishii-Kato A, Fukata Y, Nakayama Y, Iida K, Fukata M, Iida H
  • 雑誌名: Genes Cells 巻: 22 ページ: 94～104
  • DOI: 10.1111/gtc.12458
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epilepsy and synaptic proteins (2017)
  • 著者名/発表者名: Fukata Yuko、Fukata Masaki
  • 雑誌名: Curr Opin Neurobiol 巻: 45 ページ: 1～8
  • DOI: 10.1016/j.conb.2017.02.001
  • 査読あり
• [学会発表] Pathophysiological role of epilepsy-related LGI1 and ADAM22 in hippocampal synaptic development (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaki Fukata
  • 学会等名: Spring Hippocampal Research Conference
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Local palmitoylation machinery in the postsynaptic nanodomain organization (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaki Fukata
  • 学会等名: 5th Annual iGluR Retreat
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Role of local palmitoylation machinery in the postsynaptic nanodomain organization (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaki Fukata, Norihiko Yokoi, Yuko Fukata
  • 学会等名: 13th International congress of the Polish Neuroscience Society
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 局所パルミトイル化サイクルによるシナプス・ナノドメイン構築 (2017)
  • 著者名/発表者名: Masaki Fukata
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会
  • 招待講演
• [備考] 自然科学研究機構 生理学研究所 生体膜研究部門ホームページ
  • URL: http://www.nips.ac.jp/fukata/