真の脱パルミトイル化酵素の同定と生理機能の解明

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26291045
• 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): 2014-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: シナプス / 蛋白質 / パルミトイル化修飾 / パルミトイル化酵素 / 脱パルミトイル化酵素 / 膜ドメイン

研究実績の概要

パルミトイル化脂質修飾は足場蛋白質やシグナル蛋白質、膜蛋白質などにみられる代表的な脂質修飾であり、蛋白質を特定の膜ドメインに輸送し、その局在や機能を制御する。パルミトイル化修飾は他の脂質修飾とは異なり可逆的であり、外界刺激に反応して細胞機能をダイナミックに制御している。近年、我々は哺乳動物においてパルミトイル化酵素群を世界に先駆けて単離し、様々な基質蛋白質に対する責任酵素を同定し、それらの生理機能と制御機構を明らかにしてきた。一方、パルミトイル化脂質修飾が発見されて35年以上を経ても、脱パルミトイル化反応を担う“真の責任酵素”に関しては、未だ議論の余地があり統一した見解には至っていない。本研究では１脱パルミトイル化酵素を探索、同定し、２その生理機能を明らかにして、パルミトイル化修飾機構の全容解明を目指す。今年度は、当初の研究計画を着実に遂行し、下記のような成果を得た。
私共は、38種類のセリン加水分解酵素の中からPSD-95を脱パルミトイル化する活性を有する候補酵素を5種類単離した。中でも３種類のABHD蛋白質には、過剰発現により、内在性PSD-95のパルミトイル化レベルを著しく減少させることを見出した。また、これら３種類の候補遺伝子のノックダウンにより、PSD-95の脱パルミトイル化プロセスが有意に遅延することを見出した。このように、本研究では当初の計画を順調に進め、予想以上の進捗と成果を得た。

現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

海馬培養神経細胞において、３種類の候補遺伝子を同時にノックダウンすることに成功し、PSD-95の脱パルミトイル化プロセスが有意に遅延することを見出した。残りの2種類の候補遺伝子に関しても同様の実験系を構築しつつある。

今後の研究の推進方策

１脱パルミトイル化酵素の基質特異性、活性制御機構の解明
平成27年度に候補として絞り込んだPSD-95脱パルミトイル化酵素候補遺伝子群に対し、基質特異性および活性制御機構を明らかにする。
２脱パルミトイル化酵素の生理機能
私共はPSD-95脱パルミトイル化酵素候補として、5種類の遺伝子群を見出している。既に3種類の遺伝子の検証を終えており、残りの２種類についても同様に検討を進める。これらの実験により、生理的なPSD-95脱パルミトイル化酵素を同定する。また、現在作成中の上記候補遺伝子のノックアウトマウスの表現型を解析していく。

次年度使用額が生じた理由

事務上の支払い手続きが4月以降になったため。

次年度使用額の使用計画

生じた次年度使用額は4月以降に支払われる予定であり、使用計画に変更はありません。

研究成果

• [国際共同研究] University of South Florida(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: University of South Florida
• [国際共同研究] Hannover Medical School(Germany)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Hannover Medical School
• [国際共同研究] Institut Curie(France)
  • 国名: フランス
  • 外国機関名: Institut Curie
• [雑誌論文] Dysfunctional ADAM22 implicated in progressive encephalopathy with cortical atrophy and epilepsy (2016)
  • 著者名/発表者名: Muona M, Fukata Y, Anttonen AK, Laari A, Palotie A, Pihko H, Lönnqvist T, Valanne L, Somer M, Fukata M, Lehesjoki AE
  • 雑誌名: Neurol Genet 巻: 2 ページ: e46
  • DOI: 10.1212/NXG.0000000000000046
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Local palmitoylation cycles and specialized membrane domain organization (2016)
  • 著者名/発表者名: Fukata Y, Murakami T, Yokoi N, Fukata M
  • 雑誌名: Curr Top Membr 巻: 77 ページ: 97-141
  • DOI: 10.1016/bs.ctm.2015.10.003
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] The LGI1–ADAM22 protein complex directs synapse maturation through regulation of PSD-95 function (2015)
  • 著者名/発表者名: Loveroa KL, Fukata Y, Grangera AJ, Fukata M, Nicoll RA
  • 雑誌名: Proc Natl Acad Sci USA 巻: 112 ページ: E4129-E4137
  • DOI: 10.1073/pnas.1511910112 E4129-E4137
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Postsynaptic nanodomains generated by local palmitoylation cycles (2015)
  • 著者名/発表者名: Fukata M, Sekiya A, Murakami T, Yokoi N, Fukata Y
  • 雑誌名: Biochem Soc Trans 巻: 43 ページ: 199-204
  • DOI: 10.1042/BST20140238
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] ELMOD2 is anchored to lipid droplets by palmitoylation and regulates ATGL recruitment (2015)
  • 著者名/発表者名: Suzuki M, Murakami T, Cheng J, Kano H, Fukata M, Fujimoto T
  • 雑誌名: Mol Biol Cell 巻: 26 ページ: 2333-2342
  • DOI: 10.1091/mbc.E14-11-1504
  • 査読あり
• [雑誌論文] BAI1 regulates spatial learning and synaptic plasticity in the hippocampus (2015)
  • 著者名/発表者名: Zhu D, Li C, Swanson AM, Villalba RM, Guo J, Zhang Z, Matheny S, Murakami T, Stephenson JR, Daniel S, Fukata M, Hall RA, Olson JJ, Neigh GN, Smith Y, Rainnie DG, Van Meir EG
  • 雑誌名: J Clin Invest 巻: 125 ページ: 1497-1508
  • DOI: 10.1172/JCI74603
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Postsynaptic nanodomain regulated by PSD-95 palmitoylation machinery (2015)
  • 著者名/発表者名: Masaki Fukata
  • 学会等名: Pacifichem 2015
  • 発表場所: Honolulu, Hawaii, USA
  • 年月日: 2015-12-15 – 2015-12-20
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Local palmitoylation cycles organize postsynaptic nanodomains (2015)
  • 著者名/発表者名: Masaki Fukata
  • 学会等名: 第38回日本分子生物学会年会/第88回日本生化学会大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場・展示場（兵庫県神戸市中央区）
  • 年月日: 2015-12-01 – 2015-12-04
  • 招待講演
• [学会発表] Molecular pathogenic mechanisms of epilepsy caused by LGI1 mutations (2015)
  • 著者名/発表者名: Norihiko Yokoi, Yuko Fukata, Daisuke Kase, Taisuke Miyazaki, Martin Jaegle, Keiji Imoto, Deis Meijer, Masahiko Watanabe, Masaki Fukata
  • 学会等名: 45th annual meeting of the Society for Neuroscience
  • 発表場所: McCormick Place, Chicago, USA
  • 年月日: 2015-10-17 – 2015-10-21
  • 国際学会
• [学会発表] Exploration of depalmitoylating enzymes regulating bi-directional trafficking of small GTPase HRas (2015)
  • 著者名/発表者名: Tatsuro Murakami, Atsushi Sekiya, Yuko Fukata, Masaki Fukata
  • 学会等名: 第38回日本神経科学大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場・展示場（兵庫県神戸市中央区）
  • 年月日: 2015-07-28 – 2015-07-31
• [学会発表] Role of LGI1-ADAM22 in synaptic function and disorders (2015)
  • 著者名/発表者名: Masaki Fukata
  • 学会等名: 第38回日本神経科学大会
  • 発表場所: 神戸国際会議場・展示場（兵庫県神戸市中央区）
  • 年月日: 2015-07-28 – 2015-07-31
  • 招待講演
• [学会発表] Regulatory mechanism for local palmitoylation cycles on PSD-95 (2015)
  • 著者名/発表者名: Masaki Fukata
  • 学会等名: FASEB Science Research Conference “Protein Lipidation, Signaling, and Membrane Domains”
  • 発表場所: Saxtons River, Vermont, USA
  • 年月日: 2015-07-19 – 2015-07-24
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Postsynaptic nanodomains organized by local palmitoylation machinery (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuko Fukata, Atsushi Sekiya, Tatsuro Murakami, Norihiko Yokoi, Kenta Kobayashi, Masaki Fukata
  • 学会等名: FASEB Science Research Conference “Protein lipidation, Signaling, and Membrane Domains”
  • 発表場所: Saxtons River, Vermont, USA
  • 年月日: 2015-07-19 – 2015-07-24
  • 国際学会
• [学会発表] Stoichiometric analysis of palmitoylation cycles on PSD-95 (2015)
  • 著者名/発表者名: Norihiko Yokoi, Atsushi Sekiya, Tatsuro Murakami, Yuko Fukata, Masaki Fukata
  • 学会等名: FASEB Science Research Conference “Protein lipidation, Signaling, and Membrane Domains”
  • 発表場所: Saxtons River, Vermont, USA
  • 年月日: 2015-07-19 – 2015-07-24
  • 国際学会
• [学会発表] Characterization of a mouse model with genetic deletion of DHHC2 palmitoyl acyl transferase (2015)
  • 著者名/発表者名: Tatsuro Murakami, Atsushi Sekiya, Manabu Abe, Kenji Sakimura, Yuko Fukata, Masaki Fukata
  • 学会等名: FASEB Science Research Conference “Protein lipidation, Signaling, and Membrane Domains”
  • 発表場所: Saxtons River, Vermont, USA
  • 年月日: 2015-07-19 – 2015-07-24
  • 国際学会
• [学会発表] Postsynaptic nanodomains organized by PSD-95 palmitoylation machinery (2015)
  • 著者名/発表者名: Masaki Fukata
  • 学会等名: 第67回日本細胞生物学会大会
  • 発表場所: タワーホール船堀（東京都江戸川区）
  • 年月日: 2015-06-30 – 2015-07-02
  • 招待講演
• [図書] 細胞工学 (2015)
  • 著者名/発表者名: 横井紀彦、深田正紀、深田優子
  • 総ページ数: 2 (512-513)
  • 出版者: 秀潤社
• [備考] 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/