タンパク質リン酸化酵素PKCに関する研究

「PKCについて」

プロテインキナーゼC（以下PKCと略します）は、様々な細胞機能に関与するタンパク質リン酸化酵素で、現在までに１0種類以上の分子種の存在が知られています。神経系には、多種多量のPKCが存在し、神経可塑性の発現と維持、神経系の発達、神経細胞の突起伸長と極性の形成などに関与しています。

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1. イメージングを駆使したPKCトランスロケーションの研究

PKCは主に細胞質に局在します。しかし、細胞が外界から何らかの刺激を受けた際に、特定の細胞内器官・部位に局在を変えます。この現象は、「PKCのトランスロケーション」と呼ばれており、PKCの際立った特徴の一つです。我々は、PKCと蛍光タンパク質のGFP（Green fluorescent protein）を融合させたPKC-GFPを培養細胞に遺伝子導入し、可視化PKCを発現させ、共焦点レーザー顕微鏡でPKC-GFPのトランスロケーションを観察しました。この細胞に受容体のアゴニストを添加すると、刺激前は細胞質に存在したPKC-GFPが、刺激により素早く細胞膜の方に移動し、また細胞質に戻ってきます（動画１）。このようにPKCは刺激に応じて適切な場所に移動し、その場所でタンパク質のリン酸化を行っていると考えられます。

　　　　　

2. PKCの関与する神経変性疾患の病態解明と治療薬の開発に関する研究

遺伝性脊髄小脳失調症14型（SCA14）という稀な遺伝性神経変性疾患は、PKCのγ分子種（γPKC）の遺伝子変異で起こることが知られています。SCA14では小脳プルキンエ細胞死が起こります。SCA14患者から見つかった遺伝子変異を導入したγPKC（変異γPKC）と正常のγPKCがどのように違うか、ともにGFP融合タンパク質を細胞に発現して比較してみました。変異γPKCは、次第に細胞内で凝集体を形成し、細胞死を誘導することがわかりました（図１）。

PKCトランスロケーションも変異γPKCと正常のγPKCで比較してみました。変異γPKCは、受容体刺激を加えると一旦細胞膜に行きますが、その後、凝集体を形成することがわかりました（動画２）。これらの結果から、変異γPKCの凝集体を作りやすい性質がSCA14病態発症の鍵を握っていると考えられます。また、多くの神経変性疾患でも、異常なタンパク質が凝集体を作ることがわかっており、SCA14の病態の理解が、神経変性疾患全般の病態解明につながると考えています。変異γPKCの凝集体形成を抑制する薬物は、神経変性疾患の治療薬となる可能性があると考えられます。その候補として、ダイエット甘味料のトレハロースが、変異γPKCの凝集体形成と細胞毒性を抑制することを見つけました。

主な発表論文

1.       Seki, T., Abe-Seki, N., Kikawada, T., Takahashi, H., Yamamoto, K., Adachi, N., Tanaka, S., Hide, I., Saito, N. and Sakai, N. The effect of trehalose on the properties of mutant γPKC, which causes spinocerebellar ataxia type 14 (SCA14), in neuronal cell lines and cultured Purkinje cells. J Biol. Chem. 285 (2010) 33252-33264 [PubMed]

2.       Seki, T., Shimahara T., Yamamoto, K., Abe, N., Amano, T., Adachi;, N., Takahashi, H., Kashiwagi, K., Saito, N. and Sakai, N. Mutant gPKC found in spinocerebellar ataxia type 14 induces aggregate-independent maldevelopment of dendrites in primary cultured Purkinje cells. Neurobiol. Dis. 33 (2009) 260-273 [PubMed]

3.       Seki, T., Takahashi H., Adachi, N., Abe, N., Shimahara, T., Saito, N. and Sakai, N. Aggregate formation of mutant protein kinase C gamma found in spinocerebellar ataxia type 14 impairs ubiquitin proteasome system and induces endoplasmic reticulum stress. Eur. J. Neurosci. 26 (2007) 3126-3140. [PubMed]

4.       Seki, T., Adachi, N., Ono, Y., Mochizuki, H., Hiramoto, K., Amano, T., Matsubayashi, T., Matsumoto, M., Kawakami, H., Saito, N. and Sakai, N. Mutant protein kinase C gamma found in spinocerebellar ataxia type 14 is susceptible to aggregation and causes cell death. J. Biol. Chem., 280 (2005) 29096-29106 [PubMed]

5.       Sakai, N., Tsubokawa, H., Matsuzaki,, M., Kajimoto, T., Takahashi, E., Ren, Y., Ohmori, S.,Shirai, Y., Matsubayashi, H., Chen, J., Duman, R.S., Kasai, H. and Saito, N. Propagation of gPKC translocation along the dendrites of Purkinje cell in gPKC-GFP transgenic mice. Genes to Cells., 9 (2004) 945-957　[PubMed]

6.       Sakai N, Sasaki K, Ikegaki N, Shirai Y, Ono Y, Saito N. Direct visualization of the translocation of the gamma-subspecies of protein kinase C in living cells using fusion proteins with green fluorescent protein, J Cell Biol. 1997 Dec 15;139(6):1465-76. [PubMed]

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