JP2021012183A - ホスファチジン酸センサー - Google Patents
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(1)配列番号1で表される塩基配列;
(2)配列番号1で表される塩基配列と90%以上の相同性を有する塩基配列;
(3)配列番号1で表される塩基配列の18個以内の塩基が、欠失、置換及び/又は不可された塩基配列。
また、本発明の他の観点によれば、ホスファチジンセンサーを、下記(1)〜(3)のいずれか1つのアミノ酸配列を有するペプチドを含有するものとした。
(1)配列番号2で表されるアミノ酸配列;
(2)配列番号2で表されるアミノ酸配列と90%以上の相同性を有するアミノ酸配列;
(3)配列番号2で表されるアミノ酸配列の6個以内のアミノ酸が、欠失、置換及び/又は付加されたアミノ酸配列。
(1)配列番号1で表される塩基配列;
(2)配列番号1で表される塩基配列と90%以上の相同性を有する塩基配列;
(3)配列番号1で表される塩基配列の18個以内の塩基が、欠失、置換及び/又は不可された塩基配列。
また、本発明の他の観点によれば、ホスファチジンセンサーを、下記(1)〜(3)のいずれか1つのアミノ酸配列を有するペプチドを含有するものとした。
(1)配列番号2で表されるアミノ酸配列;
(2)配列番号2で表されるアミノ酸配列と90%以上の相同性を有するアミノ酸配列;
(3)配列番号2で表されるアミノ酸配列の6個以内のアミノ酸が、欠失、置換及び/又は付加されたアミノ酸配列。
前述のとおり、細胞内PAの局在および動態の追跡はPAによって制御される生物学的現象を理解するために必須である。胞子形成特異的タンパク質(Spo20p)やcAMPホスホジエステラーゼ4A1(PDE4A1)といったタンパク質のPA結合ドメイン(PABD)がしばしばPAセンサーとして用いられているが、Spo20pは細胞膜に、PDE4A1はゴルジ体に細胞刺激非依存的に局在を示す。これらの細胞刺激非依存的な局在はPAセンサーとしての機能を妨害し、それらの適用を困難とさせる。したがって、あらゆる細胞刺激、細胞種に広く適用可能なPAセンサーは未だ開発されていない。
(1)α-Synとその領域欠損変異体のPA結合活性
まず初めに、His×6-SUMOタグ融合α-Synとそのドメイン欠損変異体(α-Syn-N, non-amyloid-b-component; α-Syn-NAC, C末端領域; α-Syn-C, NAC and C; α-Syn-NAC-C)のリポソーム共沈降法を、全長のα-Synが強く結合することが明らかとなっている18:1/18:1-PAを用いて行った。図2に示すように、α-Syn-Nが最も強く18:1/18:1-PAに結合し、一方でα-Syn-NAC, α-Syn-C, α-Syn-NAC-CはPA結合活性を示さなかった。また、α-Syn-NのPA結合活性は全長α-Synと同等であった。
次に、α-Syn-NがPA産生酵素であるDGKとPLDと細胞内にて共局在するか検証を行った。まず初めに我々はDsRed融合α-Syn-NがDsRedタグ単独と同様に、細胞質および核に広く分布することを確認し、これはα-Syn-Nが細胞膜やゴルジ体のような生体膜に局在化しないことを示している。
DGKζは細胞質および核に広く局在する事が報告されており、PAを産生するためにDGKζは基質が存在する生体膜へと移行する必要がある。膜局在化を促進する修飾としてミリストイル化が知られており、我々はDGKζの膜局在化を誘導するため、N末端ミリストイル化として機能するc-Srcのコンセンサス配列を有するAcGFP-DGKζのcDNA (Myr-AcGFP-DGKζ)を作成した。まず、Myr-AcGFP-DGKζが核周辺領域と細胞膜に共局在する事を確認した(図17、18)。Myr-AcGFP-DGKζはトランスゴルジマーカーであるTGN46やゴルジ体局在タンパク質であるDsRed-PDE4A1-PABDと局在が一致したことから、Myr-AcGFP-DGKζがゴルジ体へと局在している事が示された。DsRed-α-Syn-Nは細胞膜およびトランスゴルジにてMyr-AcGFP-DGKζと著しく共局在したが、不活性型変異体Myr-AcGFP-DGKζ-KDとは共局在しなかった(図17、18)ことから、共局在が、DGKζが産生したPA由来である事が示された。さらに、これらの結果は、DsRed-α-Syn-Nは細胞膜だけでなくゴルジ体においてもPAを標識できる事を示している。
次に我々はDsRed-が短期間のみ生成されるPAを標識できるか検証を行った。DGKγはホルボールエステル(PMA)刺激により細胞質から基質が存在する細胞膜へと移行する事が知られている。そこで、EGFP-DGKγを発現させたCOS-7細胞をホルボールエステルで30分処理を行ったところEGFP-DGKγの細胞膜への移行が観測された(図19)。特にこの刺激時にDsRed-α-Syn-Nは細胞膜にてEGFP-DGKγと共局在し、一方でEGFP-DGKγ-KDとはPMA刺激時にも共局在しなかった(図19、20)。これらよりDGK活性が共局在に必須である事が示され、α-Syn-Nが短期間に生成されるPAを標識できる事が示された。
次に、DGK以外のPA産生酵素で検証を行うためPLD2を用いた。EGFP-PLD2は細胞膜およびゴルジ体への局在を示した(図21、34)。DsRed-α-Syn-NはEGFP-PLD2と共局在を示したが、DsRed単体はしなかった。さらに、PLD阻害剤であるFIPIにより共局在が減弱されたことから、共局在はPLD活性による事が示された。これらの結果は、α-Syn-Nが様々な膜環境において今回検証された全てのPA産生酵素により産生されたPAを標識できる事を示している。
PI(4,5)P2のスポットやリポソームに対して、α-Syn-Nの弱いシグナルが検出されたため(図7から図12)、α-Syn-NがPI(4,5)P2産生酵素であるPIP5K1Aと共局在するかどうか検証を行ったところ、DsRed-α-Syn-NはEGFP-PIP5K1Aと共局在しなかった(図23、24)。また、PI(4,5)P2センサーとして確立されているDsRed-PLCTM1-pleckstrin homology domain(PHD)はPIP5K1Aと共局在することを確認した(図23、24)。これらの結果は、α-Syn-Nは細胞内にてPI(4,5)P2に結合せず、PA特異的である事を示している。
現在、信頼性と汎用性の高いPAセンサーは存在していない。Spo20p-PABDとPDE4A1-PABDはしばしば細胞内PAセンサーとして用いられているが、それらは細胞膜(Spo20p-PABD)やゴルジ体(PDE4A1-PABD)のように、細胞刺激誘発性PA産生に非依存的にそれら自身の局在を示す。発明者はα-Syn-Nが新規の信頼性があり、広く適用可能なPAセンサーであると明らかにした。特にDsRed-α-Syn-Nはその局在がDsRed単体と同様であるため、PA産生非依存的な非特異的細胞内局在を示さず、これは優れた脂質センサーとして必須の条件である。そして、この結果はα-Syn-NがPI(4,5)P2(図10)に加えて、in vitroで有意な結合を示さなかった(図7から図12)主要なリン脂質であるPC, PS, PEを細胞内で標識しない事を示している。さらに、α-Syn-Nは活性PA産生酵素であるDGKβ, Myr-DGKζ, PMA刺激DGKγ,PLD2が局在する生体膜(細胞膜、ゴルジ体)へと移行した一方で、それらの阻害剤存在下および不活性型変異体とは共局在しなかった(図13から図22)。これらの結果はα-Syn-Nはそこで生成されたPAを標識できた事を表している。さらに、α-Syn-Nは24時間以上のPA産生酵素による定常状態のPA産生に加え、PMAにより移行したDGKγが短時間(30分)に生成したPAも標識できた事が示された(図19、20)。
図1は、α-Synとその領域欠損変異体の概略図、図2は、精製したSUMO-α-Synとその領域欠損変異体(2.5μM)を18:1/18:1-PAまたは18:1/18:1-PSリポソーム(PAまたはPS150μM)をインキュベート後、超遠心により分離、SDS-PAGE(15%)によって分離したタンパク質をクマシーブリリアントブルーにより染色したものを示す図である。α-Synとその領域欠損変異体の位置を矢印で表した。上清(S)および沈殿(P)画分のタンパク質量をImageJソフトウェアでデンシトメトリーにより定量し、結合活性は全バンド強度に対する沈殿画分のバンド強度の百分率として表した。値は4回の独立した実験の平均値±標準偏差, 18:1/18:1-PSリポソームに対し**P < 0.01。
(a)SUMOとGSTタグ融合α-Synとその領域欠損変異体の発現と精製
His×6-SUMO融合コンストラクト作成のため、Nde1とXho1制限酵素サイトを融合したα-Syn(Met1‐Ala140), α-Syn-N(Met1‐Lys60), α-Syn-NAC(Glu61‐Val95), α-Syn-C(Lys96‐Ala140), and α-Syn-(NAC-C) (Glu61‐Ala140) cDNAをpET-14b-マウスα-SynベクターからPCRにより増幅し、pSUMOベクターに挿入した。このプラスミドで大腸菌 Rosetta-gami 2 (DE3)を形質転換した。菌体をLB培地にて OD600=0.6~0.8まで37℃で培養し、0.1 mM IPTGによりタンパク質発現を誘導し37℃で3時間培養した。遠心により回収した菌体を溶解バッファー (50 mM sodium phosphate, pH 8.0, containing 300 mM NaCl, 10 mM imidazole, 20 μg/mL aprotinin, 20 μg/mL leupeptin, and 20 μg/mL pepstatin)で溶解し、氷上で超音波破砕を行った。遠心後、His×6-SUMO融合タンパク質を精製するため、Ni-NTAアガロースを用いてNi-アフィニティクロマトグラフィーを行なった。カラムは洗浄バッファー(50 mM sodium phosphate, pH 8.0, 300 mM NaCl, and 10 and 50 mM imidazole)で洗浄し、300mM imidazole含有バッファーにて溶出させた。精製タンパク質はHEPESバッファー(25 mM HEPES, pH 7.4, 100 mM NaCl)に透析し、タンパク質濃度はbicinchoninic acid protein assay kit (Thermo Fisher Scientific)により決定した。
コントロールリポソーム(Chol (50mol%) and 16:0/18:1-PC (50mol%))、PAリポソーム Chol (50 mol%), 16:0/18:1-PC (35 mol%) and each PA species (15 mol%)の組成でリポソームを作成した。乾燥脂質混合物をHEPESバッファーに懸濁し、1分間ボルテックス後に75℃で超音波破砕し、リポソーム形成を誘導した。タンパク質はリポソームと1時間インキュベートし、200.000g, 4℃で1時間遠心した。ペレットをHEPESバッファーに溶解後、SDS-PAGEにより分離しクマシーブリリアントブルーまたは銀染色にて検出した。定量はImageJソフトウェアを用いて行った。脂質は2重層を形成するため、実際の半分の濃度を考慮した。
脂質をニトロセルロースメンブレンにスポットし作成し、またMembrane Lipid Stripを用いた。メンブレンは1% skim milk in Tris-buffered saline, pH 7.4,で1時間、室温でブロッキングし、GSTタグ融合タンパク質(20 nM)を溶解した10 ml of 3% bovine serum albumin in Tris-buffered saline, pH 7.4で1時間、室温でインキュベート後、抗GST抗体peroxidase-conjugated goat anti-rabbit IgG antibodyによりタンパク質を検出した。定量はImageJソフトウェアを用いて行った。
COS-7細胞は10% fetal bovine serum, 100 units/ml penicillin, and 100 μg/ml streptomycin含有Dulbecco’s modified Eagle’s mediumにて37℃, 5% CO2中で培養した。細胞は製造者のプロトコル通りにポリフェクトを用いて行なった。
COS-7細胞は以上の手順でトランスフェクションした。pEGFP-DGKβをトランスフェクションした細胞は、24時間後に1 μM化合物A / DMEMにて1時間インキュベートし、DGKβ活性を阻害した。pEGFP-PLD2をトランスフェクションした細胞は、750 nM FIPI / growth medium にて4時間インキュベートし、PLD2活性を阻害した。細胞は4%パラホルムアルデヒドで固定し、Vectashieldにてスライドガラスにマウントした。蛍光画像はOlympus FV1000-D (IX81) confocal laser scanning microscopeを用いて観察し、GFPは488 nm、DsRedは543 nmにて励起させた。画像取得にはFV-10 ASWソフトウェアを用いた。
データは平均値±標準偏差で表し、GraphPad Prism 8ソフトウェアにより、Student’s t-testまたはone-way ANOVA followed by Tukey’s post hoc testにより解析した。
Claims (3)
- α-シヌクレインのN末端領域を含有するホスファチジン酸センサー。
- 下記(1)〜(3)のいずれか1つの塩基配列によってコードされるアミノ酸配列を有するペプチドを含有するホスファチジン酸センサー:
(1)配列番号1で表される塩基配列;
(2)配列番号1で表される塩基配列と90%以上の相同性を有する塩基配列;
(3)配列番号1で表される塩基配列の18個以内の塩基が、欠失、置換及び/又は付加された塩基配列。 - 下記(1)〜(3)のいずれか1つのアミノ酸配列を有するペプチドを含有するホスファチジン酸センサー:
(1)配列番号2で表されるアミノ酸配列;
(2)配列番号2で表されるアミノ酸配列と90%以上の相同性を有するアミノ酸配列;
(3)配列番号2で表されるアミノ酸配列の6個以内のアミノ酸が、欠失、置換及び/又は付加されたアミノ酸配列。
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