液-液相分離によるシナプス-ナノ構築の制御機構の解明

2022 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22H02723
• 配分区分: 補助金
• 研究機関: 生理学研究所
• 研究代表者: 深田 優子 生理学研究所, 分子細胞生理研究領域, 准教授 (40416186)
• 研究期間 (年度): 2022-04-01 – 2025-03-31
• キーワード: シナプス / ナノドメイン / ナノカラム / 液-液相分離

研究実績の概要

神経シナプスでは、シナプス前部と後部が協調して作動して、神経細胞間の情報伝達が行われる。近年の超解像観察により、シナプス前部の神経伝達物質放出に関わるタンパク質とシナプス後部の受容体集積に関わるタンパク質は、シナプス膜局所でナノドメインを形成しており、これらがナノスケールで対面整列することが精緻なシナプス伝達に重要であることが分かってきた（シナプス-ナノカラム仮説）。一方、PSD-95やSynGAP等のシナプスタンパク質は、試験管内で液-液相分離(相分離)を介して膜によらない区画(液滴)を形成するが、シナプス-ナノ構築における相分離の生理的意義は明らかではない。本研究では、(1) “種々のシナプス構成タンパク質が相分離を駆動し、ナノカラムを構築維持する”という仮説を検証し、(2)構成タンパク質の疾患変異がナノカラム形成と相分離に与える影響を明らかにする。さらに、(3)神経細胞-グリア細胞間の相互作用における相分離の関与と機能を明らかにすることを目的とする。2022年度は、様々なシナプス構成タンパク質を組換えタンパク質として精製し、試験管内で液-液相分離を検証することが可能な実験系(沈降実験やイメージング実験等)を構築した。また、神経細胞軸索とオリゴデンドロサイト間に見られる特殊な膜区画（ノード、パラノードや傍パラノード）の形成に関わるタンパク質群を精製した。今後、これら精製タンパク質を様々な組み合わせで混合し、相分離が駆動されるかを検証していく。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

液-液相分離を特異的に検証することができる実験系(沈降実験やイメージング実験等)を構築し、様々なシナプスタンパク質精製標品を得た。

今後の研究の推進方策

1. 液-液相分離を駆動するシナプスタンパク質の組み合わせを検討する。
2. 神経細胞軸索とオリゴデンドロサイト間の膜区画（ノード、パラノードや傍パラノード）の形成機構を解明すると共に、液-液相分離の関与を検討していく。

研究成果

• [国際共同研究] UCL/The University of Edinburgh(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: UCL/The University of Edinburgh
• [国際共同研究] University of Helsinki(フィンランド)
  • 国名: フィンランド
  • 外国機関名: University of Helsinki
• [国際共同研究] Erasmus University/Leiden University(オランダ)
  • 国名: オランダ
  • 外国機関名: Erasmus University/Leiden University
• [国際共同研究] DZNE/Charite-Universitatsmedizin(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: DZNE/Charite-Universitatsmedizin
• [国際共同研究] Charles University in Prague(チェコ)
  • 国名: チェコ
  • 外国機関名: Charles University in Prague
• [国際共同研究]
  • 他の国数: 13
• [雑誌論文] Anti-LGI4 Antibody Is a Novel Juxtaparanodal Autoantibody for Chronic Inflammatory Demyelinating Polyneuropathy (2023)
  • 著者名/発表者名: Zhang Xu、Kira Jun-Ichi、Ogata Hidenori、Imamura Tomohiro、Mitsuishi Mikio、Fujii Takayuki、Kobayashi Masaki、Kitagawa Kazuo、Namihira Yukihiro、Ohya Yusuke、Maimaitijiang Guzailiayi、Yamasaki Ryo、Fukata Yuko、Fukata Masaki、Isobe Noriko、Nakamura Yuri
  • 雑誌名: Neurology - Neuroimmunology Neuroinflammation 巻: 10 ページ: e200081～e200081
  • DOI: 10.1212/NXI.0000000000200081
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] S-Palmitoylation of Tyrosinase at Cysteine500 Regulates Melanogenesis (2023)
  • 著者名/発表者名: Niki Yoko、Adachi Naoko、Fukata Masaki、Fukata Yuko、Oku Shinichiro、Makino-Okamura Chieko、Takeuchi Seiji、Wakamatsu Kazumasa、Ito Shosuke、Declercq Lieve、Yarosh Daniel B.、Mammone Tomas、Nishigori Chikako、Saito Naoaki、Ueyama Takehiko
  • 雑誌名: Journal of Investigative Dermatology 巻: 143 ページ: 317～327.e6
  • DOI: 10.1016/j.jid.2022.08.040
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] てんかん発症を抑制するためのLGI1-ADAM22タンパク質複合体の量的制御機構 (2023)
  • 著者名/発表者名: 横井紀彦、深田優子、深田正紀
  • 雑誌名: 生化学 巻: - ページ: in press
  • 査読あり
• [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: 145 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] Insight into the function of a unique voltage-sensor protein (TMEM266) and its short form in mouse cerebellum (2022)
  • 著者名/発表者名: Kawai Takafumi、Narita Hirotaka、Konno Kohtarou、Akter Sharmin、Andriani Rizki Tsari、Iwasaki Hirohide、Nishikawa Shoji、Yokoi Norihiko、Fukata Yuko、Fukata Masaki、-----4名-----、Takao Keizo、Miyakawa Tsuyoshi、Abe Manabu、Sakimura Kenji、Watanabe Masahiko、Nakagawa Atsushi、Okamura Yasushi
  • 雑誌名: Biochemical Journal 巻: 479 ページ: 1127～1145
  • DOI: 10.1042/BCJ20220033
  • 査読あり
• [学会発表] シナプスのナノ構築機構と病態 (2023)
  • 著者名/発表者名: 深田優子、横井紀彦、宮﨑裕理、深田正紀
  • 学会等名: 第128回日本解剖学会総会・全国学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Function and regulation of ADAM22, a receptor for LGI1, in epileptic disorders (2022)
  • 著者名/発表者名: Fukata M, Fukata Y
  • 学会等名: SYNABS & CONNECT-GENERATE Symposium 2022
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 14-3-3 proteins stabilize LGI1-ADAM22 levels to prevent epilepsy in mice (2022)
  • 著者名/発表者名: Yokoi N, Fukata Y, Okatsu K, Yamagata A, Liu Y, Sanbo M, Miyazaki Y, Goto T, Hirabayashi M, Fukai S, Fukata M
  • 学会等名: The 45th annual meeting of the Japan Neuroscience Society. 2022
• [学会発表] Proteomic characterization of ABHD17B, a depalmitoylating enzyme, in the mouse brain (2022)
  • 著者名/発表者名: Egawa T, Hirata T, Yokoi N, Miyazaki Y, Sanbo M, Goto T, Inahashi H, Kobayashi K, Hirabayashi M, Fukata Y, Fukata M
  • 学会等名: 第95回日本生化学大会
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: https://www.nips.ac.jp/fukata/
• [備考] 研究報告_生理研ホームページ
  • URL: https://www.nips.ac.jp/nips_research/2022/04/_adam22_17.html