Elucidation of regulatory mechanism of liquid-liquid phase separation underlying synaptic plasticity

阐明突触可塑性液-液相分离的调控机制

基本信息

批准号：
22KF0163
负责人：
林康紀
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kyoto University (2023)Nagoya University (2021-2022)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

我々はこれまでに、シナプスにおいて受容体を含むタンパク質群の液－液相分離現象がシナプスの安定性や可塑性に関与していることを見出してきた。特に、学習におけるカルシウム流入が引き起こすシナプス内のナノスケール局在変化によるシナプス情報伝達の最適化プロセスにおいて、液－液相分離現象が果たす役割に注目している。このプロセスはカルシウムに応答し可塑的な立体構造変化を見せるタンパク質CaMKIIが中心的役割を果たしている。そこで本研究では、このプロセスに中心的役割を果たすCaMKIIをターゲットに、内在性競合阻害ペプチドの導入や疾患関連変異体の解析を行った。In vitroでシナプスの液－液相分離凝縮体を再現し、競合阻害ペプチドを添加したところ、凝縮体の離散が認められた。このことは、シナプスの増強・抑圧の二方向性制御に関与していると考えられる。一方で、シナプスに存在するPSD-95やHomerによって構成される他の液－液相分離凝縮体に対しては離散効果が見られなかった。このことは、学習によって引き起こされたシナプスのナノスケール変化を元に戻す機構の存在を示唆している。逆に、既知のシナプスダウンスケール因子であるHomer1aは、Homerによって構成される液－液相分離凝縮体に対する離散効果を呈したが、CaMKIIの液－液相分離凝縮体には効果を持たなかった。このことは、シナプスを負に制御する因子が複数存在し、それぞれ異なる機構・異なる文脈でシナプス伝達を制御していることを示唆している。CaMKIIには疾患関連変異が存在する。この変異体の性質を調べたところ、立体構造が変化しやすく、キナーゼ活性を持ちやすく、不活性化しにくい可能性が示唆された。今後はこのことが液－液相分離にもたらす影響を解析していく。

迄今为止，我们发现包括受体在内的一组蛋白质的液-液相分离与突触稳定性和可塑性有关。我们特别关注液-液相分离现象在通过学习过程中钙流入引起的突触内纳米级局部变化来优化突触信息传输过程中的作用。蛋白质 CaMKII 在钙的反应中表现出塑性构象变化，在这一过程中发挥着核心作用。因此，在本研究中，我们通过引入内源性竞争性抑制肽并分析与疾病相关的变异体，以在此过程中发挥核心作用的CaMKII为目标。当在体外复制突触液-液相分离的凝聚物并添加竞争性抑制肽时，观察到凝聚物分散。这被认为涉及突触增强和抑制的双向控制。另一方面，对于突触中存在的由 PSD-95 和 Homer 组成的其他液-液相分离凝聚物，没有观察到离散效应。这表明存在一种机制可以逆转学习引起的突触纳米级变化。相反，Homer1a，一种已知的突触降尺度因子，对由Homer构成的液-液相分离的凝聚物表现出离散的影响，但对CaMKII的液-液相分离的凝聚物没有影响。这表明有多种因素对突触进行负调节，每种因素通过不同的机制和在不同的环境下控制突触传递。 CaMKII 中存在与疾病相关的突变。对这种突变体特性的检查表明，它可能更有可能改变其三级结构，具有激酶活性，并且难以失活。将来，我们将分析这对液-液相分离的影响。