パーキンソン病原因遺伝子産物ＰＩＮＫ１とＰａｒｋｉｎの構造基盤の確立

帕金森病致病基因产物PINK1和Parkin结构基础的建立

• 批准号: 15J10559
• 负责人: 尾勝 圭
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2015
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2015-04-24 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15J10559/
• 关键词: パーキンソン病; ミトコンドリア; リン酸化; マイトファジー; Parkin; PINK1; ユビキチン; キナーゼ

PINK1とParkinはパーキンソン病の原因遺伝子産物である。細胞内では膜電位の低下した不良ミトコンドリアを分解することが報告されている。この過程でPINK1はユビキチンとParkinのユビキチン様ドメイン(UBLドメイン)をリン酸化する。近年、複数の研究グループが自己阻害型Parkinの立体構造とリン酸化ユビキチン結合型Parkinの立体構造を明らかにしている。本研究では未だに報告のないPINK1の立体構造解析に焦点を当てて制御機構や基質の選択性を明らかにするために研究を行った。初年度に不均一なリン酸化状態のPINK1から主要なリン酸化部位を同定し、均一なサンプルを得られる発現・精製系を構築した。その発現・精製系を用いることでPINK1の結晶化に成功した。X線結晶構造解析の結果、ATP非加水分解性アナログ結合型PINK1の構造が明らかとなった。PINK1のATP認識機構が明らかになると同時に、C末端側に位置するPINK1独自の構造も明らかにできた。PINK1の構造を基にして生化学的解析と細胞生物学的解析を行うことでPINK1のユビキチン認識に重要な残基を検証した。また、部位特異的架橋法によりユビキチン側のPINK1結合部位も明らかにした。PINK1のcatalytic grooveの幅は直線状の基質を認識するキナーゼより広く、立体構造を認識するキナーゼに近い特徴があった。さらにPINK1とユビキチンの相互作用面は対照的な表面電荷を有していた。これらはPINK1の基質の選択性に影響を与えていると考えられる。一方で、ミトコンドリアには脱ユビキチン化酵素USP30が存在していることが知られており、USP30がParkinによるユビキチン化の逆反応を行うことが示唆されている。USP30の構造を基にした変異体解析を培養細胞を用いて行い、主にK63鎖及びK6鎖の変化を観察した。

PINK1とParkin キ パ キ キ ソ <e:1> cause of disease 伝 offspring である である Intracellular で で membrane potential <s:1> is low, <s:1> た is poor, <s:1> トコ ドリアを ドリアを decomposition する とが とが reports されて る る る. こ の process で PINK1 は ユ ビ キ チ ン と Parkin の ユ ビ キ チ ン others ド メ イ ン (UBL ド メ イ ン) を リ ン acidification す る. In recent years, the plural の research グ ル ー プ が type their resistance against Parkin の three-dimensional structure と リ ン acidification ユ ビ キ チ ン combination type Parkin の three-dimensional structure を Ming ら か に し て い る. This study で は not だ に report の な い PINK1 の three-dimensional structure parsing に focus を when て て system royal institution や matrix の sentaku sex を Ming ら か に す る た め に を line っ た. Early annual に heterogeneity な リ ン acidification condition の PINK1 か ら main な リ ン を acidification parts with し, uniform な サ ン プ ル を must ら れ る 発 now, refined series を build し た. Youdaoplaceholder0 そ occurrence · refining system を crystallization に successful <s:1> た た using る る とでPINK1. X-ray crystallization structure analysis <s:1> results, ATP non-hydrated decomposition アナログ binding type PINK1 block structure が clear ら となった となった. PINK1 の ATP know institutions が Ming ら か に な る と に at the same time, C terminal side に す る PINK1 の tectonic も alone Ming ら か に で き た. PINK1 の を basis に し て と cell biology of analytical biochemistry を line う こ と で PINK1 の ユ ビ キ チ ン know に important な residues を 検 card し た. Youdaoplaceholder0, site-specific bridging method によ によ ユビキチ ユビキチ the binding site of the <s:1> PINK1 on the <s:1> side is また clear ら に に た た. PINK1 の catalytic groove の は straight line shape picture の matrix を know す る キ ナ ー ゼ よ り hiroo く, three-dimensional structure を know す る キ ナ ー ゼ に nearly い, 徴 が あ っ た. The な surface charge を of the さらにPINK1とユビキチ <e:1> of the <s:1> interaction surface た has the を て た た た た た た. <s:1> れら PINK1 <s:1> matrix <e:1> selection 択 effect に を and えて ると ると ると えられる study えられる. Side で, ミ ト コ ン ド リ ア に は ユ off ビ キ チ ン phenoloxidase USP30 が exist し て い る こ と が know ら れ て お り, USP30 が Parkin に よ る ユ ビ キ チ ン change の negative 応 を line う こ と が in stopping さ れ て い る. USP30 の を basis に し た - variant parsing を culture cell を with い て い, Lord に K63 lock and び K6 lock の variations change を 観 examine し た.

项目成果

Structural basis for specific cleavage of Lys6-linked polyubiquitin chains by USP30

• DOI: 10.1038/nsmb.3469
• 发表时间: 2017-09
• 期刊: Nature Structural & Molecular Biology
• 影响因子: 16.8
• 作者: Yusuke Sato;K. Okatsu;Y. Saeki;Koji Yamano;N. Matsuda;Ai Kaiho;A. Yamagata;S. Goto‐Ito;M. Ishikawa;Y. Hashimoto;Keiji Tanaka;S. Fukai

ユビキチンキナーゼPINK1のX線結晶構造解析

泛素激酶PINK1的X射线晶体结构分析

• 发表时间: 2018
• 作者: Kyoungsuk Jin;Hongmin Seo;Toru Hayashi;Mani Balamurugan; Donghyuk Jeong;Yoo Kyung Go;Jung Sug Hong;Kang Hee Cho;Hirotaka Kakizaki;Nadede Bonnet-Mercier;Min Gyu Kim;Sun Hee Kim;Ryuhei Nakamura;and Ki Tae Nam;Jin Takahashi;尾勝 圭
• 通讯作者: 尾勝 圭