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2013 年度 実績報告書

ユビキチン連結酵素PARKINを活性化するメカニズム

公募研究

研究領域ユビキチンネオバイオロジー:拡大するタンパク質制御システム
研究課題/領域番号 25112522
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

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

松田 憲之  公益財団法人東京都医学総合研究所, 生体分子先端研究分野, プロジェクトリーダー (10332272)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワードParkin / PINK1 / ユビキチン / ミトコンドリア / パーキンソン病
研究概要

申請者は研究計画に従って研究を遂行し、「異常なミトコンドリアによってParkinが活性化される仕組み」に関して顕著な進展があった。ひとつはParkinのリン酸化を介した制御であり、もう一つは活性中心であるCys431とユビキチンが高エネルギーチオエステル結合を形成することによる制御である。
申請者は2010年にはPINK1のプロテインキナーゼ活性がParkinの異常ミトコンドリアへの移行とユビキチン連結酵素(E3)活性化に必須であること、つまりPINK1のキナーゼ活性とParkinのE3活性が細胞内で良く相関することを報告した(JCB, 2010)。本年度はこのParkinの活性化を分子の言葉で説明するべく研究に邁進した。まずParkin様のタンパク質HHARIがRING-HECT hybrid型のE3であることに着想を得て、Parkinの活性中心がCys431であることや、このCys431とユビキチンがチオエステル結合した中間体を形成してParkinがE3として機能することを見出した。更に、PINK1のリン酸化標的を解析する過程で、ParkinのSer65がPINK1依存的にリン酸化されることや、このSer65リン酸化がCys431を介したユビキチン-チオエステル結合中間体形成に重要であることを報告した(Iguchi JBC 2013)。これらの結果から考察すると「活性中心であるCys431が普段はParkinの自己阻害ドメインによって塞がれているが、これがPINK1依存的なParkinのSer65リン酸化を介して脱抑制される」モデルが示唆されるが、「ParkinのSer65リン酸化模倣変異体(S65D, S65E)が細胞内でPINK1機能をバイパスしない」という実験結果との矛盾があり、次年度の研究課題であると考える。

現在までの達成度 (区分)
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

ParkinのSer65がPINK1依存的にリン酸化されること、そのリン酸化がParkinのCys431を介したユビキチンとのチオエステル結合の形成やParkinの活性化に重要であることを見出しており、さらに上記の内容でJBC誌に論文を報告した。研究は概ね順調に推移していると考える。

今後の研究の推進方策

研究実績概要に記したように、「活性中心であるCys431が普段はParkinの自己阻害ドメインによって塞がれているが、これがPINK1依存的なParkinのSer65リン酸化を介して脱抑制される」という仮説が考えられるが、「ParkinのSer65リン酸化模倣変異体(S65D, S65E)が細胞内でPINK1機能をバイパスしない」という実験結果と矛盾しており、次年度には両者を統合するような仮説の提出と、その実験的な検証に挑む。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (4件) (うち招待講演 4件) 備考 (1件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] A dyadic PINK1-containing complex on depolarized mitochondria stimulates Parkin recruitment.2013

    • 著者名/発表者名
      Okatsu, K., Uno, M., Koyano, F., Go, E., Kimura, M., Oka, T., Tanaka, K., and Matsuda, N.
    • 雑誌名

      J. Biol. Chem.

      巻: 288 ページ: 36372-36384

    • DOI

      doi:10.1074/jbc.M113.509653

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Parkin catalyzed ubiquitin-ester transfer is triggered by PINK1-dependent phosphorylation.2013

    • 著者名/発表者名
      Iguchi, M., Kujuro, Y., Okatsu, K., Koyano, F., Kimura, M., Suzuki, N., Uchiyama, S., Tanaka, K., and Matsuda, N.
    • 雑誌名

      J. Biol. Chem.,

      巻: 288 ページ: 22019-22032

    • DOI

      doi: 10.1074/jbc.M113.467530

    • 査読あり
  • [雑誌論文] The principal PINK1 and Parkin cellular events triggered in response to dissipation of mitochondrial membrane potential occur in primary neurons.2013

    • 著者名/発表者名
      Koyano, F., Okatsu, K., Ishigaki, S., Fujioka, Y., Kimura, M., Sobue, G., Tanaka, K.*, and Matsuda, N*.
    • 雑誌名

      Genes to Cells

      巻: 18 ページ: 672-681

    • DOI

      DOI: 10.1111/gtc.12066

    • 査読あり
  • [学会発表] Identification of the Genuine Substrate of PINK1 that Activates Parkin2014

    • 著者名/発表者名
      Noriyuki Matsuda
    • 学会等名
      Keystone Symposium, Mitochondrial Dynamics and Physiology (Q5)
    • 発表場所
      Santa Fe Community Convention Center, Santa Fe, New Mexico, USA
    • 年月日
      20140218-20140223
    • 招待講演
  • [学会発表] Parkin catalyzes ubiquitylation on damaged mitochondria via a (ubiquitin-ester)-transfer rather than an E2-recruitment2013

    • 著者名/発表者名
      Noriyuki Matsuda and Keiji Tanaka
    • 学会等名
      International Symposium on Mitochondria 2013
    • 発表場所
      Roppongi Hills
    • 年月日
      20131106-20131107
    • 招待講演
  • [学会発表] 遺伝性パーキンソン病の関連因子 PINK1 と Parkin がミトコンドリア異常をモニターする仕組み2013

    • 著者名/発表者名
      松田憲之
    • 学会等名
      第86回 日本生化学会大会シンポジウム「ミトコンドリアワールド:エネルギー生産から生体内環境保全まで」
    • 発表場所
      パシフィコ横浜
    • 年月日
      20130911-20130913
    • 招待講演
  • [学会発表] Parkin catalyzes ubiquitylation via a (ubiquitin-ester)-transfer rather than an E2-recruitment

    • 著者名/発表者名
      Noriyuki Matsuda and Keiji Tanaka
    • 学会等名
      4th IGAKUKEN International Symposium on Cutting-edge of the Ubiquitin-Proteasome System
    • 発表場所
      公益財団法人東京都医学総合研究所
    • 招待講演
  • [備考] 蛋白質代謝研究室ラボ HP

    • URL

      http://www.igakuken.or.jp/pro-meta/

  • [産業財産権] パーキンソン病のバイオマーカーおよびその利用2014

    • 発明者名
      松田憲之、小谷野史香、尾勝圭、呉越、木村まゆみ、佐伯泰
    • 権利者名
      松田憲之、小谷野史香、尾勝圭、呉越、木村まゆみ、佐伯泰
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2014-028449
    • 出願年月日
      2014-02-18

URL: 

公開日: 2015-05-28  

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