ヒスチジンのリン酸化を介した三量体Gタンパク質による神経軸索再生の制御機構

三聚体G蛋白通过组氨酸磷酸化控制轴突再生的机制

• 批准号: 21J15589
• 负责人: 酒井 芳樹
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J15589/
• 关键词: ヒスチジンリン酸化; 線虫; 神経軸索再生; 三量体Gタンパク質

動物において、セリン、スレオニン、チロシンのリン酸化だけでなく、ヒスチジンのリン酸化も存在することが分かっているが、その生理的意義はよく分かっていない。申請者は、線虫C.elegansを用いた遺伝学的解析から、ヒスチジンリン酸化酵素NDK-1が、3量体Gタンパク質βサブユニットGPB-1の266 番目のヒスチジンをリン酸化することで、損傷した神経軸索の再生を阻害することを見出した。一方で、ヒスチジン脱リン酸化酵素PHIP-1 が、GPB-1の266番目のヒスチジンを脱リン酸化することで、正常な神経再生を誘導することも遺伝学的に示された。本年度はまず、 NDK-1およびPHIP-1が、実際にGPB-1の266番目のヒスチジンをリン酸化、脱リン酸化することを、近年新たに作製されたリン酸化ヒスチジン抗体を用いて生化学的に明らかにした。そして、CRISPR/Cas9法によってGPB-1の266番目のヒスチジンがリン酸化されないgpb-1(H266F)変異体を作製し、この変異体では、NDK-1の過剰発現、またはPHIP-1の欠損による軸索再生の低下が起きないことを見出した。さらに、PHIP-1の酵素活性が、オートファジー開始リン酸化酵素であるULKの線虫ホモログUNC-51によるリン酸化によって制御されていることも明らかにした。よってヒスチジンリン酸化による生体制御の一例として線虫の神経軸索再生があること、またヒスチジンリン酸化酵素の活性を制御する仕組みがあることを明らかにし、本研究成果を国際学術誌に論文として発表した。

已知动物体内不仅存在丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸磷酸化，而且还存在组氨酸磷酸化，但其生理意义尚不清楚。通过使用线虫秀丽隐杆线虫进行遗传分析，申请人发现组氨酸激酶NDK-1磷酸化三聚体G蛋白β亚基GPB-1的第266位组氨酸，并发现其抑制受损神经轴突的再生。另一方面，基因显示组氨酸去磷酸化酶PHIP-1通过使GPB-1的266位组氨酸去磷酸化来诱导正常的神经再生。今年，我们将首先使用新创建的磷酸化组氨酸抗体通过生化方法证明 NDK-1 和 PHIP-1 实际上可以磷酸化和去磷酸化 GPB-1 的第 266 个组氨酸。然后，使用CRISPR/Cas9方法，我们创建了gpb-1（H266F）突变体，其中GPB-1的组氨酸266未被磷酸化，我们发现轴突再生没有发生减少。此外，我们发现 PHIP-1 的酶活性受到 ULK（一种自噬启动激酶）的线虫同源物 UNC-51 的磷酸化调节。因此，我们揭示了秀丽隐杆线虫的神经轴突再生是通过组氨酸磷酸化进行生物控制的一个例子，并且存在一种控制组氨酸磷酸化酶活性的机制，并将该研究结果作为论文发表在国际期刊上。学术期刊做到了。