シナプス形成を制御する新規メカニズムの構造基盤

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H03162
• 研究機関: 国立研究開発法人理化学研究所
• 研究代表者: 山形 敦史 国立研究開発法人理化学研究所, 生命機能科学研究センター, 上級研究員 (20463903)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: シナプス / 結晶構造解析 / クライオ電子顕微鏡 / タンパク質複合体

研究実績の概要

昨年度からの継続として、SorCS-Nrxn1b複合体に関してクライオ電子顕微鏡を用いた単粒子解析法による構造解析を行なった。新たに化学気相成長法を用いたグラフェングリッドを作製し、データ測定を行なった。フレーク法を用いて作製したグラフェングリッドに比べて粒子が見えやすくなり、分解能の向上が期待されたが、約6Å程度の分解能にとどまっており、原子分解能での構造解析には至らなかった。
提案の三課題に加えて、シナプス形成の新規メカニズムとして、てんかんの原因遺伝子であるLGI1が担うシナプス伝達機構に関する研究を新たに進めた。LGI1は分泌タンパク質であり、膜タンパク質であるADAM22とシナプスを跨ぐ細胞外複合体を形成する。ADAM22は細胞質側でシナプスの足場タンパク質であるMAGUKファミリーの一つ、PSD95と複合体を形成する。生理学研究所の深田教授、京都大学の深井教授との共同研究により、ADAM22とPSD95の複合体の構造解析に携わった。PSD95のPDZドメインとADAM22のPDZ結合モチーフをタンデムに繋いだ融合タンパク質を用いて結晶構造解析を行い、PSD95のADAM22の結合様式を明らかにした。さらにその結合がシナプスナノカラム構造の形成に必須であること、シナプス伝達に重要な役割を担っていることを明らかにした。また、14-3-3によるLGI1-ADAM22の量的制御の機構についても解析を行なった。理研・横浜に設置されている等温滴定カロリメトリーを用いた定量的な相互作用解析により、ADAM22の二重リン酸化によって14-3-3との結合が極めて強くなることを明らかにした。これはさらに結晶構造解析によっても確認された。この相互作用によってLGI1-ADAM22は安定化されるが、この量的制御がてんかんの度合いも制御していることが明らかとなった。

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

• [雑誌論文] Canonical versus non-canonical transsynaptic signaling of neuroligin 3 tunes development of sociality (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 ページ: 1848
  • DOI: 10.1038/s41467-021-22059-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cryo-EM structure of the photosynthetic RC-LH1-PufX supercomplex at 2.8 Å resolution (2021)
  • 著者名/発表者名: Laura Bracun, Atsushi Yamagata, Bern M. Christianson, Tohru Terada, Daniel P. Canniffe, Mikako Shirouzu, Lu-Ning Liu
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 7 ページ: eabf8864
  • DOI: 10.1126/sciadv.abf8864.
  • 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: Yokoi Norihiko、Fukata Yuko、Okatsu Kei、Yamagata Atsushi、Liu Yan、Sanbo Makoto、Miyazaki Yuri、Goto Teppei、Abe Manabu、Kassai Hidetoshi、Sakimura Kenji、Meijer Dies、Hirabayashi Masumi、Fukai Shuya、Fukata Masaki
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 37 ページ: 110107～110107
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.110107
  • 査読あり
• [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 ページ: e2022580118.
  • DOI: 10.1073/pnas.2022580118
  • 査読あり
• [学会発表] 抗てんかんLGI1-ADAM22複合体を安定化する14-3-3-ADAM22相互作用 (2022)
  • 著者名/発表者名: 横井紀彦、深田優子、尾勝圭、山形敦史、劉岩、三宝誠、宮崎裕理、後藤哲平、平林真澄、深井周也、深田正紀
  • 学会等名: Neuro2022