精神疾患リスク遺伝子産物の構造生物学的研究

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K06980
• Research Institution: Yokohama City University
• Principal Investigator: 雲財 悟 横浜市立大学, 生命医科学研究科, 助教 (60336592)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: Rap1b / SynGAP / 結晶構造解析

Outline of Annual Research Achievements

変異によって精神疾患を発症するリスクが高くなる遺伝子は、「精神疾患リスク遺伝子」と呼ばれる。代表的な精神疾患リスク遺伝子産物synGAPの機能を、構造生物学の手法（X線結晶構造解析、超遠心分析など）で調べて、精神疾患発症メカニズム解明に貢献する。SynGAPは脳神経細胞内でRap1bのシグナルON・OFFスイッチ機能をコントロールするという重要な役割を果たしている。両者はどのように結合して機能発揮しているのか、相互作用解析や、SynGAPとRap1bの複合体のX線結晶構造解析などを行って解明する。
まず、Rap1bの結晶構造解析に成功した。GDP結合型Rap1b、そしてGTPのアナログであるGppNHp結合型Rap1bの高分解能結晶構造解析に成功し、基質の違いによってRap1bのタンパク質部分がどのように構造変化するかを詳細に知ることが出来た。この構造変化はRap1bのシグナルON・OFFスイッチ機構そのものである。また、このON構造とOFF構造の間の平衡を調節しているアミノ酸残基を特定することに成功した。実際にこのアミノ酸残基を置換すると、構造変化の平衡をシフトさせることができた。Rap1bをはじめとしたGTPase型タンパク質は、その分子進化の過程で最適なアミノ酸残基が選ばれていると考えられる。
Rap1bとSynGAPを混合することでRap1bのGTPase活性が上昇する実験も進展している。SynGAP側の特定のアルギニン残基がRap1BのGTPase活性上昇に重要な役割を果たしていることを確認した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

Rap1bとsynGAPの複合体結晶構造解析を目指している。まずRap1bの高分解能結晶構造解析に成功した。GDP結合型Rap1b、そしてGTPのアナログであるGppNHp結合型Rap1bの高分解能結晶構造解析に成功し、基質の違いによってRap1bのタンパク質部分がどのように構造変化するかを詳細に知ることが出来た。

Strategy for Future Research Activity

Rap1bとSynGAPの複合体結晶構造解析を目指す。Rap1bと安定な結合を示すsynGAPを探索する。発現調製するsynGAPの「長さ」を調整する。また、synGAPの特定の領域がリン酸化されることで活性がコントロールされることが最近判明したため、リン酸化型synGAPの調製や、疑似リン酸化型synGAPの調製を試みて、Rap1bと安定な結合を示すsynGAPを探索する。良いものが得られ次第、Rap1bとsynGAPの複合体の結晶化スクリーニングを行う。

Causes of Carryover

平成28年4月1日から法政大学生命科学部の准教授に就任した。新しく研究室を立ち上げることになったため。

Expenditure Plan for Carryover Budget

新しく研究室を立ち上げて本研究を遂行するために、「次年度使用額」を新研究室立ち上げのための物品購入に利用する。翌年度分（平成28年度分）は当初の予定通り、本研究遂行のための物品購入に利用する。

Research Products

• [Journal Article] The structure and conformational switching of Rap1B. (2015)
  • Author(s): Noguchi H, Ikegami T, Nagadoi A, Kamatari YO, Park S-Y, Tame JRH, Unzai S.
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun. Volume: 462 Pages: 46-51
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2015.04.103
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Self-Assembling Nano-Architectures Created from a Protein Nano-Building Block Using an Intermolecularly Folded Dimeric de Novo Protein. (2015)
  • Author(s): Kobayashi N, Yanase K, Sato T, Unzai S, Hecht MH, Arai R.
  • Journal Title: J Am Chem Soc. Volume: 137 Pages: 11285-11293
  • DOI: 10.1021/jacs.5b03593
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A novel 3' splice site recognition by the two zinc fingers in the U2AF small subunit. (2015)
  • Author(s): Yoshida H, Park S-Y, Oda T, Akiyoshi T, Sato M, Shirouzu M, Tsuda K, Kuwasako K, Unzai S, Muto Y, Urano T, Obayashi E.
  • Journal Title: Genes Dev. Volume: 29 Pages: 1649-1660
  • DOI: 10.1101/gad.267104.115
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Crystal Structure of Human Importin-α1 (Rch1), Revealing a Potential Autoinhibition Mode Involving Homodimerization. (2015)
  • Author(s): Miyatake H, Sanjoh A, Unzai S, Matsuda G, Tatsumi Y, Miyamoto Y, Dohmae N, Aida Y.
  • Journal Title: PLoS ONE. Volume: 10 Pages: e0115995
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0115995
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A multilaboratory comparison of calibration accuracy and the performance of external references in analytical ultracentrifugation. (2015)
  • Author(s): Zhao H, et al
  • Journal Title: PLoS ONE. Volume: 10 Pages: e0126420
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0126420
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] The structrue and conformational switching of Rap1b (2015)
  • Author(s): Noguchi, H., Park, S.-Y. Tame, J.R.H., and Unzai, S.
  • Organizer: 第53回生物物理学会年会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2015-09-15 – 2015-09-15