Parkinの活性化と膜移行の再構成系および素反応の解析

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18K06237
• 研究機関: 公益財団法人東京都医学総合研究所
• 研究代表者: 山野 晃史 公益財団法人東京都医学総合研究所, 基礎医科学研究分野, 主席研究員 (30547526)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: Parkin / PINK1 / ユビキチン / RBR型E3

研究実績の概要

ParkinとPINK1は膜電位の低下した損傷ミトコンドリアを検知して、その外膜タンパク質にポリユビキチン鎖を付加する。PINK1はユビキチンをリン酸化するキナーゼであり、Parkinはリン酸化ユビキチンによって活性化するRBR型のE3リガーゼである。そのため、Parkinとリン酸化ユビキチンとPINK1は損傷ミトコンドリア上で正のフィードバックループを形成し、ユビキチン化反応を促進していると考えられる。このユビキチン化反応には、E1酵素やE2酵素も必須である。しかし、E2酵素はヒトでは30種類以上がコードされているため、どのE2酵素がParkinを活性化するために必要かは詳しく解析されていない。特にE2酵素の場合は機能の重複が考えられるため、従来汎用されてきたノックダウンやノックアウトの実験系では解析に限界がある。
そこで本研究では、活性化型Parkinと相互作用したときのみ蛍光輝点を形成する実験系を開発し、E2酵素の網羅的な同定を行った。その結果、従来考えられていたよりも多くのE2酵素が損傷ミトコンドリア上でParkinと相互作用することがわかった。
また同定されたE2酵素とともに、Parkin、PINK1、E1酵素を大腸菌のゲノムに組み込む準備を行なった。
さらに同定されたE2酵素は、in vitro実験系でParkinと相互作用し、単離ミトコンドリアをユビキチン化できることを確かめた。またこの実験系を発展させ、Parkin以外のRBR型E3リガーゼにも応用して、いくつかのE3についてはこれまでに報告のない活性化パターンを見出している。

研究成果

• [雑誌論文] Mammalian BCAS3 and C16orf70 associate with the phagophore assembly site in response to selective and non-selective autophagy (2021)
  • 著者名/発表者名: Kojima, W., Yamano, K., Kosako, H., Imai, K., Kikuchi, R., Tanaka, K., Matsuda, N.
  • 雑誌名: Autophagy 巻: - ページ: -
  • DOI: 10.1080/15548627.2021.1874133
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Molecular mechanisms and physiological functions of mitophagy. (2021)
  • 著者名/発表者名: Ohnishi, M., Yamano, K., Sato, M., Matsuda, N., Okamoto, K.
  • 雑誌名: EMBO J. 巻: 40 ページ: -
  • DOI: 10.15252/embj.2020104705
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Critical Role of Mitochondrial Ubiquitination and the OPTN-ATG9A Axis in Mitophagy (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamano, K., Kikuchi, R., Kojima, W., Hayashida, R., Koyano, F., Kawawaki, J., Shoda, T., Demizu, Y., Naito, M., Tanaka, K., Matsuda, N.
  • 雑誌名: J. Cell Biol. 巻: 219 ページ: -
  • DOI: 10.1083/jcb.201912144
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Two sides of a coin: physiological significance and molecular mechanisms for damage-induced mitochondrial localization of PINK1 and Parkin. (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsuda, N., Yamano K.
  • 雑誌名: Neurosci. Res. 巻: 159 ページ: 16-24
  • DOI: 10.1016/j.neures.2020.03.009
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Two different axes CALCOCO2-RB1CC1 and OPTN-ATG9A initiate PRKN-mediated mitophagy. (2020)
  • 著者名/発表者名: Yamano, K., Youle RJ.
  • 雑誌名: Autophagy 巻: 16 ページ: 2105-2107
  • DOI: 10.1080/15548627.2020.1815457
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Critical Roles of Ubiquitin and Autophagy Adaptors in Mitochondria-Selective Degradation (2020)
  • 著者名/発表者名: Koji Yamano
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [備考] ユビキチンプロジェクトHP
  • URL: http://www.igakuken.or.jp/protein/