GluRδ2-Cbln1-NRXN複合体によるシナプス形成機構の構造基盤の解明

2013 年度 実績報告書

• 研究領域: 細胞シグナリング複合体によるシグナル検知・伝達・応答の構造的基礎
• 研究課題/領域番号: 25121710
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 研究機関: 信州大学
• 研究代表者: 植村 健 信州大学, 医学部, 講師 (00372368)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• キーワード: 脳・神経 / シナプス形成 / 小脳 / 蛋白質複合体

研究概要

シナプス形成とその再編は発達期における脳神経回路網の構築のみならず、記憶・学習といった脳高次機能の発現に重要な役割を果たし、発達期におけるシナプス形成不全や機能低下は自閉症、精神遅滞等の神経発達障害に深く関与する。しかしながらシナプス形成の分子基盤は依然として不明な点が多い。本研究は、小脳シナプス形成を担うGluRδ2-Cbln1-NRXN三者複合体の構造解析によって相互作用の特異性と機能制御のメカニズムを明らかにし、シナプス形成機構の構造基盤に基づく厳密な理解と制御機構の基本原理を解明することを目的とする。本年度は、既に決定しているGluRδ2のN末端細胞外領域の立体構造に基づいて網羅的に部位特異的変異体を作製し、培養小脳顆粒細胞を用いたシナプス誘導活性を指標にCbln1との相互作用部位を探索した。その結果、GluRδ2の最もN末端に位置する部位に存在する疎水性のポケットとそれに隣接する部位がシナプス誘導活性に必須であり、この部位を介してCbln1と相互作用していることが示唆された。さらに、GluRδ2-Cbln1およびNRXN1β-Cbln1の相互作用部位を同定するために、蛋白質架橋剤を使ってそれぞれの分子を共有結合させ、トリプシン分解後の断片であるイソペプチドの同定を試みた。蛋白質架橋剤の種類および反応条件を検討し、質量分析により特定の部位にのみ蛋白質架橋剤で架橋がおこることを確認した。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

受容体複合体の結晶化条件の改善を試みたが、回折測定に適する結晶は得られていない。特に、GluRδ2-Cbln1の解離速度が速いため、蛋白質架橋剤を用いた安定的な複合体の調製が必要であると考えている。

今後の研究の推進方策

蛋白質架橋剤と質量分析により相互作用部位を明らかにし、それらの情報を基に安定に複合体を架橋できる条件を検討し、複合体の結晶化を進める予定である。

研究成果

• [雑誌論文] Electron microscopy of primary cell cultures in solution and correlative optical microscopy using ASEM (2014)
  • 著者名/発表者名: Hirano K, Kinoshita T, Uemura T, Motohashi H, Watanabe Y, Ebihara T, Nishiyama H, Sato M, Suga M, Maruyama Y, Tsuji NM, Yamamoto M, Nishihara S, Sato C
  • 雑誌名: Ultramicroscopy 巻: 143 ページ: 52-66
  • DOI: 10.1016/j.ultramic.2013.10.010
  • 査読あり
• [雑誌論文] シナプスオーガナイザーによるシナプス形成の制御機構 (2013)
  • 著者名/発表者名: 植村 健
  • 雑誌名: 生物物理 巻: 53 ページ: 090-093
  • DOI: 10.2142/biophys.53.090
  • 査読あり
• [学会発表] シナプス形成を司るGluRδ2-Cbln1-Neurexin 三者複合体の構造解析
  • 著者名/発表者名: 植村健
  • 学会等名: 第14回日本蛋白質科学会年会
  • 発表場所: 横浜
  • 招待講演
• [図書] Synapse formation in the brain. Cortical Development. Neural Diversity and Neocortical Organization (2013)
  • 著者名/発表者名: Mishina M, Yoshida T, Yasumura M, Uemura T
  • 総ページ数: 19
  • 出版者: Springer Japan