2024/03/12 更新

写真a

ヨコイ ノリヒコ
横井 紀彦
YOKOI Norihiko
所属
大学院医学系研究科 附属神経疾患・腫瘍分子医学研究センター 神経疾患病態統御部門 講師
大学院担当
大学院医学系研究科
学部担当
医学部 医学科
職名
講師
連絡先
メールアドレス
外部リンク

学位 1

  1. 博士(理学) ( 2009年3月   名古屋大学 ) 

研究キーワード 13

  1. ADAM22

  2. LGI1

  3. PSD-95

  4. シナプス伝達

  5. 人工金属酵素

  6. 自己免疫疾患

  7. 蛋白質パルミトイル化修飾

  8. 蛋白質結晶構造解析

  9. 蛋白質複合体

  10. てんかん

  11. 病原変異体

  12. 蛋白質電子伝達反応

  13. 金属蛋白質

研究分野 2

  1. ライフサイエンス / 神経科学一般

  2. ナノテク・材料 / 無機・錯体化学  / 生物無機化学

経歴 5

  1. 名古屋大学大学院医学系研究科   神経情報薬理学   助教

    2023年9月 - 現在

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  2. 生理学研究所   生体膜研究部門   助教

    2015年4月 - 2023年8月

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  3. 生理学研究所   生体膜研究部門   特任助教

    2013年4月 - 2015年3月

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  4. 生理学研究所   生体膜研究部門   日本学術振興会特別研究員PD

    2010年4月 - 2013年3月

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  5. 生理学研究所   生体膜研究部門   博士研究員

    2009年4月 - 2010年3月

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学歴 1

  1. 名古屋大学大学院   理学研究科   物質理学専攻(化学系)

    - 2009年3月

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所属学協会 1

  1. 日本神経科学会

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受賞 5

  1. 第5回 自然科学研究機構若手研究者賞

    2016年6月  

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  2. 若手優秀発表者賞 包括脳ネットワーク 2015年度冬のシンポジウム

    2015年12月  

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  3. New Journal of Chemistry Interface Poster Prize(最優秀ポスター発表賞) 『The 4th Asian biological inorganic chemistry conference (AsBIC-IV)』

    2008年11月  

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  4. 学生講演賞 『第58回錯体化学討論会』

    2008年9月  

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  5. 学生講演賞 『日本化学会第88春季年会』

    2008年3月  

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論文 27

  1. てんかん発症を抑制するためのLGI1–ADAM22タンパク質複合体の量的制御機構 査読有り

    横井 紀彦, 深田 優子, 深田 正紀

    生化学   95 巻 ( 3 ) 頁: 384 - 388   2023年6月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:公益社団法人日本生化学会  

    DOI: 10.14952/seikagaku.2023.950384

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  2. Insight into the function of a unique voltage-sensor protein (TMEM266) and its short form in mouse cerebellum 国際誌

    Takafumi Kawai, Hirotaka Narita, Kohtarou Konno, Sharmin Akter, Rizki Tsari Andriani, Hirohide Iwasaki, Shoji Nishikawa, Norihiko Yokoi, Yuko Fukata, Masaki Fukata, Pattama Wiriyasermkul, Pornparn Kongpracha, Shushi Nagamori, Keizo Takao, Tsuyoshi Miyakawa, Manabu Abe, Kenji Sakimura, Masahiko Watanabe, Atsushi Nakagawa, Yasushi Okamura

    Biochemical Journal   479 巻 ( 11 ) 頁: 1127 - 1145   2022年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Portland Press Ltd.  

    <jats:p>Voltage-sensing proteins generally consist of voltage-sensor domains and pore-gate domains, forming the voltage-gated ion channels. However, there are several unconventional voltage-sensor proteins that lack pore-gate domains, conferring them unique voltage-sensing machinery. TMEM266, which is expressed in cerebellum granule cells, is one of the interesting voltage-sensing proteins that has a putative intracellular coiled-coil and a functionally unidentified cytosolic region instead of a pore-gate domain. Here, we approached the molecular function of TMEM266 by performing co-immunoprecipitation experiments. We unexpectedly discovered that TMEM266 proteins natively interact with the novel short form splice variants that only have voltage-sensor domains and putative cytosolic coiled-coil region in cerebellum. The crystal structure of coiled-coil region of TMEM266 suggested that these coiled-coil regions play significant roles in forming homodimers. In vitro expression experiments supported the idea that short form TMEM266 (sTMEM266) or full length TMEM266 (fTMEM266) form homodimers. We also performed proximity labeling mass spectrometry analysis for fTMEM266 and sTMEM266 using Neuro-2A, neuroblastoma cells, and fTMEM266 showed more interacting molecules than sTMEM266, suggesting that the C-terminal cytosolic region in fTMEM266 binds to various targets. Finally, TMEM266-deficient animals showed the moderate abnormality in open-field test. The present study provides clues about the novel voltage-sensing mechanism mediated by TMEM266.</jats:p>

    DOI: 10.1042/bcj20220033

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  3. Palmitoylation of the small GTPase Cdc42 by DHHC5 modulates spine formation and gene transcription 査読有り

    Wirth A., Labus J., Abdel Galil D., Schill Y., Schmidt S., Bunke T., Gorinski N., Yokoi N., Fukata M., Ponimaskin E.

    Journal of Biological Chemistry   298 巻 ( 6 ) 頁: 102048   2022年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Journal of Biological Chemistry  

    The small GTPase Cdc42 exists in the form of two alternatively spliced variants that are modified by hydrophobic chains: the ubiquitously expressed Cdc42-prenyl and a brain-specific isoform that can be palmitoylated, Cdc42-palm. Our previous work demonstrated that Cdc42-palm can be palmitoylated at two cysteine residues, Cys188 and Cys189, while Cys188 can also be prenylated. We showed that palmitoylation of Cys188 is essential for the plasma membrane localization of Cdc42-palm and is critically involved in Cdc42-mediated regulation of gene transcription and neuronal morphology. However, the abundance and regulation of this modification was not investigated. In the present study, we found that only a minor fraction of Cdc42 undergoes monopalmitoylation in neuroblastoma cells and in hippocampal neurons. In addition, we identified DHHC5 as one of the major palmitoyl acyltransferases that could physically interact with Cdc42-palm. We demonstrate that overexpression of dominant negative DHHC5 mutant decreased palmitoylation and plasma membrane localization of Cdc42-palm. In addition, knockdown of DHHC5 significantly reduced Cdc42-palm palmitoylation, leading to a decrease of Cdc42-mediated gene transcription and spine formation in hippocampal neurons. We also found that the expression of DHHC5 in the brain is developmentally regulated. Taken together, these findings suggest that DHHC5-mediated palmitoylation of Cdc42 represents an important mechanism for the regulation of Cdc42 functions in hippocampus.

    DOI: 10.1016/j.jbc.2022.102048

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  4. 14-3-3 proteins stabilize LGI1-ADAM22 levels to regulate seizure thresholds in mice 国際誌

    横井 紀彦, 深田 優子, 尾勝 圭, 山形 敦史, 劉 岩, 三宝 誠, 宮﨑 裕理, 後藤 哲平, 阿部 学, 葛西 秀俊, 崎村 建司, 平林 真澄, 深井 周也, 深田 正紀

    Cell Reports   37 巻 ( 11 ) 頁: 110107 - 110107   2021年12月

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    担当区分:筆頭著者   記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Elsevier BV  

    What percentage of the protein function is required to prevent disease symptoms is a fundamental question in genetic disorders. Decreased transsynaptic LGI1-ADAM22 protein complexes, because of their mutations or autoantibodies, cause epilepsy and amnesia. However, it remains unclear how LGI1-ADAM22 levels are regulated and how much LGI1-ADAM22 function is required. Here, by genetic and structural analysis, we demonstrate that quantitative dual phosphorylation of ADAM22 by protein kinase A (PKA) mediates high-affinity binding of ADAM22 to dimerized 14-3-3. This interaction protects LGI1-ADAM22 from endocytosis-dependent degradation. Accordingly, forskolin-induced PKA activation increases ADAM22 levels. Leveraging a series of ADAM22 and LGI1 hypomorphic mice, we find that ∼50% of LGI1 and ∼10% of ADAM22 levels are sufficient to prevent lethal epilepsy. Furthermore, ADAM22 function is required in excitatory and inhibitory neurons. These results suggest strategies to increase LGI1-ADAM22 complexes over the required levels by targeting PKA or 14-3-3 for epilepsy treatment.

    DOI: 10.1016/j.celrep.2021.110107

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  5. Trans-synaptic LGI1–ADAM22–MAGUK in AMPA and NMDA receptor regulation 査読有り 国際誌

    Fukata Y., Hirano Y., Miyazaki Y., Yokoi N., Fukata M.

    Neuropharmacology   194 巻   頁: 108628 - 108628   2021年8月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Neuropharmacology  

    Exquisitely-regulated synaptic transmission and plasticity underlie higher brain functions such as learning and memory. PSD-95, a member of the MAGUK family, scaffolds an array of postsynaptic proteins including AMPA and NMDA receptors, and plays essential roles in excitatory synaptic transmission and postsynaptic organization. Epilepsy-related secreted protein LGI1 and its receptor ADAM22 represent major constituent elements of the PSD-95-containing synaptic protein complex in the brain. Recent studies begin to reveal a trans-synaptic configuration of the LGI1–ADAM22 complex and its pivotal role in AMPA and NMDA receptor-mediated synaptic transmission through regulating MAGUKs. Especially interesting is that without the association with LGI1–ADAM22, PSD-95 cannot potentiate AMPA receptor-mediated synaptic transmission. Here, we review roles of LGI1–ADAM22 in synaptic function, and discuss its modes of action on the MAGUK regulation: as (i) a trans-synaptic hub, (ii) an extracellular scaffold, and (iii) an allosteric activator. We also highlight patho-physiological roles of the LGI1–ADAM22–MAGUK linkage in synaptic disorders such as epilepsy and autoimmune limbic encephalitis.

    DOI: 10.1016/j.neuropharm.2021.108628

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  6. APEGS法によるタンパク質パルミトイル化修飾の定量

    深田 正紀, 横井 紀彦, 深田 優子

    電気泳動   65 巻 ( 2 ) 頁: 41 - 45   2021年

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:日本電気泳動学会  

    <p>パルミトイル化修飾は1970年代に報告された脂質修飾で,3量体Gタンパク質αや低分子量Gタンパク質HRas,シナプス足場タンパク質PSD-95等の細胞膜局在を決定する.パルミトイル化修飾は可逆性を有する唯一の脂質修飾であり,シグナル伝達における重要性が示唆されてきた.この10年余りで,パルミトイル化・脱パルミトイル化酵素が明らかになり,プロテオミクス解析によりパルミトイル化タンパク質が数千種類存在することが分かってきた.本稿では,最近,私共が開発したパルミトイル化状態(量比とパルミトイル化部位数)の定量法“APEGS法”について紹介する.APEGS法は,(1) 様々な生物試料に応用でき,(2) 精製を必要とせず(高収率),(3) 調べたい任意のタンパク質に適用可能であり,(4) パルミトイル化動態を定量できる,という点で極めて有用な手法である.</p>

    DOI: 10.2198/electroph.65.41

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  7. Deleted in colorectal cancer (netrin‐1 receptor) antibodies and limbic encephalitis in a cat with hippocampal necrosis 国際誌

    Daisuke Hasegawa, Yumi Ohnishi, Eiji Koyama, Satoru Matsunaga, Shouhei Ohtani, Akio Nakanishi, Takanori Shiga, James K. Chambers, Kazuyuki Uchida, Norihiko Yokoi, Yuko Fukata, Masaki Fukata

    Journal of Veterinary Internal Medicine   33 巻 ( 3 ) 頁: 1440 - 1445   2019年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Wiley  

    <jats:title>Abstract</jats:title><jats:p>A 7‐year‐old neutered female domestic shorthaired cat born in Poland and then moved to Japan presented to the local clinic with recent onset of convulsive cluster seizures and status epilepticus. Magnetic resonance imaging revealed bilateral swelling of the hippocampus with T2 hyperintensity and contrast enhancing image, suggesting hippocampal necrosis. The cat completely recovered after treatment with antiepileptic drugs (AED) and administration of prednisolone (1 mg/kg PO q24h for 4 days and tapered). However, cluster seizures reoccurred and developed into status epilepticus despite increasing doses of AED. Although the convulsions were resolved by other AEDs, stupor and renal failure developed, and the cat was euthanized. Pathological findings were consistent with hippocampal necrosis. Immunological analysis for leucine‐rich glioma inactivated 1 (LGI1) autoantibodies was negative, but antibodies against DCC (deleted in colorectal carcinoma) known as netrin‐1 receptor were found. This report describes a case of feline autoimmune limbic encephalitis and hippocampal necrosis that were presumably associated with DCC autoantibodies.</jats:p>

    DOI: 10.1111/jvim.15492

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  8. Structural basis of epilepsy-related ligand-receptor complex LGI1-ADAM22 査読有り

    Yamagata A., Miyazaki Y., Yokoi N., Shigematsu H., Sato Y., Goto-Ito S., Maeda A., Goto T., Sanbo M., Hirabayashi M., Shirouzu M., Fukata Y., Fukata M., Fukai S.

    Nature Communications   9 巻 ( 1 ) 頁: 1546   2018年12月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Nature Communications  

    Epilepsy is a common brain disorder throughout history. Epilepsy-related ligand-receptor complex, LGI1-ADAM22, regulates synaptic transmission and has emerged as a determinant of brain excitability, as their mutations and acquired LGI1 autoantibodies cause epileptic disorders in human. Here, we report the crystal structure of human LGI1-ADAM22 complex, revealing a 2:2 heterotetrameric assembly. The hydrophobic pocket of the C-Terminal epitempin-repeat (EPTP) domain of LGI1 binds to the metalloprotease-like domain of ADAM22. The N-Terminal leucine-rich repeat and EPTP domains of LGI1 mediate the intermolecular LGI1-LGI1 interaction. A pathogenic R474Q mutation of LGI1, which does not exceptionally affect either the secretion or the ADAM22 binding, is located in the LGI1-LGI1 interface and disrupts the higher-order assembly of the LGI1-ADAM22 complex in vitro and in a mouse model for familial epilepsy. These studies support the notion that the LGI1-ADAM22 complex functions as the trans-synaptic machinery for precise synaptic transmission.

    DOI: 10.1038/s41467-018-03947-w

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    その他リンク: http://www.nature.com/articles/s41467-018-03947-w

  9. Long-term clinical follow-up of a patient with non-paraneoplastic cerebellar ataxia associated with anti-mGluR1 autoantibodies 査読有り

    Yoshikura N., Kimura A., Fukata M., Fukata Y., Yokoi N., Harada N., Hayashi Y., Inuzuka T., Shimohata T.

    Journal of Neuroimmunology   319 巻   頁: 63 - 67   2018年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Journal of Neuroimmunology  

    The clinical features of cerebellar ataxia associated with anti-metabotropic glutamate receptor 1 (mGluR1) autoantibodies, a rare autoimmune-mediated cerebellar ataxia, remain to be elucidated. Here, we describe a patient with non-paraneoplastic cerebellar ataxia associated with anti-mGluR1 autoantibodies, who was followed up over 5 years. She presented with relapses and remissions of subacute progressive cerebellar ataxia that were responsive to immunotherapy. Although serum anti-mGluR1 autoantibodies were continuously detected and cerebellar atrophy gradually progressed, repeated intravenous immunoglobulin therapy and oral immunosuppressants ensured cerebellar ataxia remained at almost the same level during the observation period.

    DOI: 10.1016/j.jneuroim.2018.04.001

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  10. Neurobiology of autoimmune encephalitis 査読有り

    Fukata M., Yokoi N., Fukata Y.

    Current Opinion in Neurobiology   48 巻   頁: 1 - 8   2018年2月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Current Opinion in Neurobiology  

    Autoimmune encephalitis presenting with amnesia, seizures, and psychosis is highly topical in basic and clinical neuroscience. Recent studies have identified numerous associated autoantibodies, targeting cell-surface synaptic proteins including neurotransmitter receptors (e.g. NMDA receptors (NMDARs)) and a secreted protein, LGI1. In vitro and in vivo analyses of the influence of the autoantibodies have begun to clarify their causal roles. Of particular interest is the generation of recombinant monoclonal antibodies from patients’ B cells with anti-NMDAR encephalitis. Patient monoclonal antibodies could be useful to reveal their direct, detailed pathogenicity. Such identification and characterization of autoantibodies could create new categories of neurological diseases and promote the understanding of patho-physiologic roles of target proteins in human brain function.

    DOI: 10.1016/j.conb.2017.07.012

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  11. The LGI1–ADAM22 protein complex in synaptic transmission and synaptic disorders 査読有り

    Fukata Y., Yokoi N., Miyazaki Y., Fukata M.

    Neuroscience Research   116 巻   頁: 39 - 45   2017年3月

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Neuroscience Research  

    Physiological functioning of the brain requires fine-tuned synaptic transmission, and its dysfunction causes various brain disorders such as autism, dementia, and epilepsy. It is therefore extremely important to identify and characterize key regulators of synaptic function. In particular, disease-related synaptic proteins, such as autism-related neurexin–neuroligin and psychiatric disorder-related NMDA receptor, have attracted considerable attention. Recent basic and clinical research has highlighted critical roles of a ligand–receptor complex, LGI1–ADAM22, in synaptic transmission and brain function, as mutations in the LGI1 gene cause autosomal dominant lateral temporal lobe epilepsy and autoantibodies to LGI1 cause limbic encephalitis which is characterized by memory loss and seizures. Here, we will review our current knowledge about LGI1 and ADAM22, and discuss their patho-physiological roles in synaptic transmission and synaptic disorders.

    DOI: 10.1016/j.neures.2016.09.011

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  12. Identification of PSD-95 depalmitoylating enzymes 査読有り

    Yokoi N., Fukata Y., Sekiya A., Murakami T., Kobayashi K., Fukata M.

    Journal of Neuroscience   36 巻 ( 24 ) 頁: 6431 - 6444   2016年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Journal of Neuroscience  

    Postsynaptic density (PSD)-95, the most abundant postsynaptic scaffolding protein, plays a pivotal role in synapse development and function. Continuous palmitoylation cycles on PSD-95 are essential for its synaptic clustering and regulation ofAMPAreceptor function. However, molecular mechanisms for palmitate cycling on PSD-95 remain incompletely understood, as PSD-95 depalmitoylating enzymes remain unknown. Here, we isolated 38 mouse or rat serine hydrolases and found that a subset specifically depalmitoylated PSD-95 in heterologous cells. These enzymes showed distinct substrate specificity. α/β-Hydrolase domain-containing protein 17 members (ABHD17A, 17B, and 17C), showing the strongest depalmitoylating activity to PSD-95, showed different localization from other candidates in rat hippocampal neurons, and were distributed to recycling endosomes, the dendritic plasma membrane, and the synaptic fraction. Expression of ABHD17 in neurons selectively reduced PSD-95 palmitoylation and synaptic clustering of PSD-95 and AMPA receptors. Furthermore, taking advantage of the acyl-PEGyl exchange gel shift (APEGS) method, we quantitatively monitored the palmitoylation stoichiometry and the depalmitoylation kinetics of representative synaptic proteins, PSD-95, GluA1, GluN2A, mGluR5, Gαq, and HRas. Unexpectedly, palmitate on all of them did not turn over in neurons. Uniquely, most of the PSD-95 population underwent rapid palmitoylation cycles, and palmitate cycling on PSD-95 decelerated accompanied by its increased stoichiometry as synapses developed, probably contributing to postsynaptic receptor consolidation. Finally, inhibition of ABHD17 expression dramatically delayed the kinetics of PSD-95 depalmitoylation. This study suggests that local palmitoylation machinery composed of synaptic DHHC palmitoylating enzymes and ABHD17 finely controls the amount of synaptic PSD-95 and synaptic function.

    DOI: 10.1523/JNEUROSCI.0419-16.2016

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  13. Local Palmitoylation Cycles and Specialized Membrane Domain Organization. 査読有り

    Fukata Y, Murakami T, Yokoi N, Fukata M

    Current topics in membranes   77 巻   頁: 97 - 141   2016年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Current Topics in Membranes  

    Palmitoylation is an evolutionally conserved lipid modification of proteins. Dynamic and reversible palmitoylation controls a wide range of molecular and cellular properties of proteins including the protein trafficking, protein function, protein stability, and specialized membrane domain organization. However, technical difficulties in (1) detection of palmitoylated substrate proteins and (2) purification and enzymology of palmitoylating enzymes have prevented the progress in palmitoylation research, compared with that in phosphorylation research. The recent development of proteomic and chemical biology techniques has unexpectedly expanded the known complement of palmitoylated proteins in various species and tissues/cells, and revealed the unique occurrence of palmitoylated proteins in membrane-bound organelles and specific membrane compartments. Furthermore, identification and characterization of DHHC (Asp-His-His-Cys) palmitoylating enzyme–substrate pairs have contributed to elucidating the regulatory mechanisms and pathophysiological significance of protein palmitoylation. Here, we review the recent progress in protein palmitoylation at the molecular, cellular, and in vivo level and discuss how locally regulated palmitoylation machinery works for dynamic nanoscale organization of membrane domains.

    DOI: 10.1016/bs.ctm.2015.10.003

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  14. Postsynaptic nanodomains generated by local palmitoylation cycles

    Masaki Fukata, Atsushi Sekiya, Tatsuro Murakami, Norihiko Yokoi, Yuko Fukata

    Biochemical Society Transactions   43 巻 ( 2 ) 頁: 199 - 204   2015年4月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Portland Press Ltd.  

    <jats:p>Precise regulation of protein assembly at specialized membrane domains is essential for diverse cellular functions including synaptic transmission. However, it is incompletely understood how protein clustering at the plasma membrane is initiated, maintained and controlled. Protein palmitoylation, a common post-translational modification, regulates protein targeting to the plasma membrane. Such modified proteins are enriched in these specialized membrane domains. In this review, we focus on palmitoylation of PSD-95, which is a major postsynaptic scaffolding protein and makes discrete postsynaptic nanodomains in a palmitoylation-dependent manner and discuss a determinant role of local palmitoylation cycles in creating highly localized hotspots at the membrane where specific proteins concentrate to organize functional domains.</jats:p>

    DOI: 10.1042/bst20140238

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  15. Chemical corrector treatment ameliorates increased seizure susceptibility in a mouse model of familial epilepsy 査読有り

    Yokoi N., Fukata Y., Kase D., Miyazaki T., Jaegle M., Ohkawa T., Takahashi N., Iwanari H., Mochizuki Y., Hamakubo T., Imoto K., Meijer D., Watanabe M., Fukata M.

    Nature Medicine   21 巻 ( 1 ) 頁: 19 - 26   2015年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Nature Medicine  

    Epilepsy is one of the most common and intractable brain disorders. Mutations in the human gene LGI1, encoding a neuronal secreted protein, cause autosomal dominant lateral temporal lobe epilepsy (ADLTE). However, the pathogenic mechanisms of LGI1 mutations remain unclear. We classified 22 reported LGI1 missense mutations as either secretion defective or secretion competent, and we generated and analyzed two mouse models of ADLTE encoding mutant proteins representative of the two groups. The secretion-defective LGI1 E383A protein was recognized by the ER quality-control machinery and prematurely degraded, whereas the secretable LGI1 S473L protein abnormally dimerized and was selectively defective in binding to one of its receptors, ADAM22. Both mutations caused a loss of function, compromising intracellular trafficking or ligand activity of LGI1 and converging on reduced synaptic LGI1-ADAM22 interaction. A chemical corrector, 4-phenylbutyrate (4PBA), restored LGI1 E383A folding and binding to ADAM22 and ameliorated the increased seizure susceptibility of the LGI1 E383A model mice. This study establishes LGI1-related epilepsy as a conformational disease and suggests new therapeutic options for human epilepsy.

    DOI: 10.1038/nm.3759

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  16. Identification and Characterization of GABA<sub>A</sub> Receptor Autoantibodies in Autoimmune Encephalitis 査読有り

    Ohkawa, T; Satake, S; Yokoi, N; Miyazaki, Y; Ohshita, T; Sobue, G; Takashima, H; Watanabe, O; Fukata, Y; Fukata, M

    JOURNAL OF NEUROSCIENCE   34 巻 ( 24 ) 頁: 8151 - 8163   2014年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Journal of Neuroscience  

    Autoimmune forms of encephalitis have been associated with autoantibodies against synaptic cell surface antigens such as NMDA- and AMPA-type glutamate receptors, GABAB receptor, and LGI1. However, it remains unclear how many synaptic autoantigens are yet to be defined. Using immunoproteomics, we identified autoantibodies against theGABAA receptor inhumansera from two patients diagnosed with encephalitis who presented with cognitive impairment and multifocal brain MRI abnormalities. Both patients had antibodies directed against the extracellular epitope of the β3 subunit of the GABAA receptor. The β3-subunit-containing GABAA receptor was a major target of the patients' serum antibodies in rat hippocampal neurons because the serum reactivity to the neuronal surface was greatly decreased by 80% when theβ3 subunit was knocked down. Our developed multiplex ELISA testing showed that both patients had similar levels of GABAA receptor antibodies, one patient also had a low level of LGI1 antibodies, and the other also had CASPR2 antibodies. Application of the patients' serum at the time ofsymptompresentation of encephalitis to rat hippocampal neuron cultures specifically decreased both synaptic and surface GABAA receptors. Furthermore, treatment of neurons with the patients' serum selectively reduced miniature IPSC amplitude and frequency without affecting miniature EPSCs. These results strongly suggest that the patients' GABAA receptor antibodies play a central role in the patients' symptoms. Therefore, this study establishes anti-GABAA receptor encephalitis and expands the pathogenic roles of GABAA receptor autoantibodies. © 2014 the authors.

    DOI: 10.1523/JNEUROSCI.4415-13.2014

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  17. Autoantibodies to epilepsy-related LGI1 in limbic encephalitis neutralize LGI1-ADAM22 interaction and reduce synaptic AMPA receptors 査読有り

    Ohkawa T., Fukata Y., Yamasaki M., Miyazaki T., Yokoi N., Takashima H., Watanabe M., Watanabe O., Fukata M.

    Journal of Neuroscience   33 巻 ( 46 ) 頁: 18161 - 18174   2013年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Journal of Neuroscience  

    More than 30 mutations in LGI1, a secreted neuronal protein, have been reported with autosomal dominant lateral temporal lobe epilepsy (ADLTE). Although LGI1 haploinsufficiency is thought to cause ADLTE, the underlying molecular mechanism that results in abnormal brain excitability remains mysterious. Here, we focused on a mode of action of LGI1 autoantibodies associated with limbic encephalitis (LE), which is one of acquired epileptic disorders characterized by subacute onset of amnesia and seizures.Wecomprehensively screened human sera from patients with immune-mediated neurological disorders for LGI1 autoantibodies, which also uncovered novel autoantibodies against six cell surface antigens including DCC, DPP10, and ADAM23. Our developed ELISA arrays revealed a specific role for LGI1 antibodies in LE and concomitant involvement of multiple antibodies, including LGI1 antibodies in neuromyotonia, a peripheral nerve disorder. LGI1 antibodies associated with LE specifically inhibited the ligand-receptor interaction between LGI1 and ADAM22/23 by targeting the EPTP repeat domain of LGI1 and reversibly reduced synaptic AMPA receptor clusters in rat hippocampal neurons. Furthermore, we found that disruption of LGI1-ADAM22 interaction by soluble extracellular domain ofADAM22was sufficient to reduce synapticAMPAreceptors in rat hippocampal neurons and that levels ofAMPAreceptor were greatly reduced in the hippocampal dentate gyrus in the epileptic LGI1 knock-out mouse. Therefore, either genetic or acquired loss of the LGI1-ADAM22 interaction reduces theAMPAreceptor function, causing epileptic disorders. These results suggest that by finely regulating the synapticAMPAreceptors, the LGI1-ADAM22 interaction maintains physiological brain excitability throughout life. © 2013 the authors.

    DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3506-13.2013

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  18. Synaptic Plasticity Regulated by Protein-Protein Interactions and Posttranslational Modifications 査読有り

    Yokoi N., Fukata M., Fukata Y.

    International Review of Cell and Molecular Biology   297 巻   頁: 1 - 43   2012年

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    記述言語:英語   掲載種別:論文集(書籍)内論文   出版者・発行元:International Review of Cell and Molecular Biology  

    α-Amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid (AMPA)-type glutamate receptors (AMPARs) mediate the majority of fast excitatory synaptic transmission in the brain. AMPARs dynamically cycle in and out of the postsynaptic membrane in an activity-dependent manner. Because the number and functional properties of AMPARs at the postsynapse determine the efficacy of synaptic transmission, molecular mechanisms underlying AMPAR trafficking and gating are considered to have a central role in synaptic plasticity, a basic mechanism for learning and memory. In this chapter, we review the current knowledge about the regulatory mechanisms for AMPAR trafficking and channel gating by protein-protein interactions and posttranslational modifications. Especially, we focus on the recently established mode of action of the AMPAR auxiliary subunit, stargazin/TARPs, and PSD-95 scaffold. Furthermore, we introduce novel players in AMPAR regulation, PSD-95 palmitoylating enzymes and epilepsy-related ligand, LGI1. © 2012 Elsevier Inc.

    DOI: 10.1016/B978-0-12-394308-8.00001-7

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  19. Dual modification of a triple-stranded β-helix nanotube with Ru and Re metal complexes to promote photocatalytic reduction of CO<sub>2</sub> 査読有り

    Yokoi, N; Miura, Y; Huang, CY; Takatani, N; Inaba, H; Koshiyama, T; Kanamaru, S; Arisaka, F; Watanabe, Y; Kitagawa, S; Ueno, T

    CHEMICAL COMMUNICATIONS   47 巻 ( 7 ) 頁: 2074 - 2076   2011年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)  

    DOI: 10.1039/c0cc03015e

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  20. Construction of Robust Bio-nanotubes using the Controlled Self-Assembly of Component Proteins of Bacteriophage T4 査読有り

    Yokoi, N; Inaba, H; Terauchi, M; Stieg, AZ; Sanghamitra, NJM; Koshiyama, T; Yutani, K; Kanamaru, S; Arisaka, F; Hikage, T; Suzuki, A; Yamane, T; Gimzewski, JK; Watanabe, Y; Kitagawa, S; Ueno, T

    SMALL   6 巻 ( 17 ) 頁: 1873 - 1879   2010年9月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Small  

    Achieving control over the structures of artifi cial protein and peptide assemblies is a worthwhile goal because it would provide a powerful approach for the construction of nanomaterials.[1-4] Artifi cial self-assembled proteins obtained using protein engineering techniques could then be obtained by designing quaternary structures that include modifi ed protein-protein interfaces,[5-9] fusion proteins,[10-13] chemical conjugations,[14,15] and self-assembly of short peptides. [16,17] The resulting protein assembly structures in the form of tubes,[6,10] cages,[5,7,9,11] rings [18] and 2D layers [12,14,15] could serve as nanoreactors and nanotemplates. In particular, tube structures offer great promise as building blocks of nanomaterials designed for applications such as molecular sensing, drug delivery, imaging, catalysis, and the synthesis of new materials. [2,4,10,13,19-23] Although several studies showed that tubular protein assemblies have been adopted as protein-based platforms for catalytic reactions promoted by enzymes or fl uorescent molecules displayed on the surfaces,[2,4,10,13,19-23] it is diffi cult to control the reactivity of these systems by fixation of functional molecules at appropriate sites. Thus, it has remained challenging to obtain tube structures with high stability and well-defi ned nanoscale lengths for properly aligning synthetic molecules on the surfaces of the nanotubes.Copyright © 2010 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim.

    DOI: 10.1002/smll.201000772

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  21. Disruption of LGI1–linked synaptic complex causes abnormal synaptic transmission and epilepsy

    Yuko Fukata, Kathryn L. Lovero, Tsuyoshi Iwanaga, Atsushi Watanabe, Norihiko Yokoi, Katsuhiko Tabuchi, Ryuichi Shigemoto, Roger A. Nicoll, Masaki Fukata

    Proceedings of the National Academy of Sciences   107 巻 ( 8 ) 頁: 3799 - 3804   2010年2月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Proceedings of the National Academy of Sciences  

    <jats:p>
    Epilepsy is a devastating and poorly understood disease. Mutations in a secreted neuronal protein, leucine-rich glioma inactivated 1 (LGI1), were reported in patients with an inherited form of human epilepsy, autosomal dominant partial epilepsy with auditory features (ADPEAF). Here, we report an essential role of LGI1 as an antiepileptogenic ligand. We find that loss of LGI1 in mice (LGI1
    <jats:sup>−/−</jats:sup>
    ) causes lethal epilepsy, which is specifically rescued by the neuronal expression of LGI1 transgene, but not LGI3. Moreover, heterozygous mice for the LGI1 mutation (LGI1
    <jats:sup>+/−</jats:sup>
    ) show lowered seizure thresholds. Extracellularly secreted LGI1 links two epilepsy-related receptors, ADAM22 and ADAM23, in the brain and organizes a transsynaptic protein complex that includes presynaptic potassium channels and postsynaptic AMPA receptor scaffolds. A lack of LGI1 disrupts this synaptic protein connection and selectively reduces AMPA receptor–mediated synaptic transmission in the hippocampus. Thus, LGI1 may serve as a major determinant of brain excitation, and the LGI1 gene-targeted mouse provides a good model for human epilepsy.
    </jats:p>

    DOI: 10.1073/pnas.0914537107

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  22. Molecular design of heteroprotein assemblies providing a bionanocup as a chemical reactor 査読有り

    Koshiyama, T; Yokoi, N; Ueno, T; Kanamaru, S; Nagano, S; Shiro, Y; Arisaka, F; Watanabe, Y

    SMALL   4 巻 ( 1 ) 頁: 50 - 54   2008年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Small  

    The use of heteroprotein assemblies for providing a bionanocup to construct catalysts, sensors, and materials with novel properties, is discussed. It is used as a catalytic reaction space that consists of a heteroprotein assembly, which is a trimer of gene product 27 and gene product 5, isolated from bacteriophase T4. The bionanocup can be used for the accommodation of metal-porphyrin complexes by covalent linkage with cysteinyl thiols and its activity as an oxidation catalyst. Inductively coupled plasma (ICP) atomic-emission measurement and biocinchonianate (BCA) assay were used to observe the number of atoms in the reactor. The electron density map of derivatives shows a clear density between the male-amide moiety of FePP-MI and N7C. The proportions of Fe atoms to protein in the bionanocup were determined using the Vista-PRO (VARIAN) and bicinchonianate (BCA) methods.

    DOI: 10.1002/smll.200700855

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  23. Ligand design for the improvement of stability of metal complex.protein hybrids 査読有り

    Yokoi, N; Ueno, T; Unno, M; Matsui, T; Ikeda-Saito, M; Watanabe, Y

    CHEMICAL COMMUNICATIONS   ( 2 ) 頁: 229 - 231   2008年

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Chemical Communications  

    We have succeeded in improving the stability of Fe(Schiff-base)•heme oxygenase (HO) hybrids by ligand design based on the crystal structure of Fe(N,N′-bis(salicylidene)-3.4-diaminobenzene propionic acid)•HO. © The Royal Society of Chemistry.

    DOI: 10.1039/b713468a

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  24. Crystal structure based design of functional metal/protein hybrids 査読有り

    Ueno, T; Yokoi, N; Abe, S; Watanabe, Y

    JOURNAL OF INORGANIC BIOCHEMISTRY   101 巻 ( 11-12 ) 頁: 1667 - 1675   2007年11月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Journal of Inorganic Biochemistry  

    Preparation of metal/protein hybrids is growing into important topics in the field of bioinorganic chemistry. X-ray crystal structure analyses of them provide direct information on unique interactions of metal cations or metal cofactors to understand and design enzymatic functions. In this mini review, the authors focus on the recent studies on the metal/protein hybrids concerning crystal structure analyses since 2002 and our related works. The precise structural determination promise us to deeply understand coordination chemistry in protein scaffold and shows intriguing suggestions on rational design and application use for biocatalysts, metal drugs and so on. © 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.jinorgbio.2007.06.025

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  25. Coordination design of artificial metalloproteins utilizing protein vacant space 査読有り

    Ueno, T; Abe, S; Yokoi, N; Watanabe, Y

    COORDINATION CHEMISTRY REVIEWS   251 巻 ( 21-24 ) 頁: 2717 - 2731   2007年11月

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    出版者・発行元:Coordination Chemistry Reviews  

    Design of artificial metalloproteins is one of the most important subjects in the field of bioinorganic chemistry. In order to prepare them, vacant space of proteins has been utilized because it gives us unique chemical environment to construct catalysts and materials. This article reviews on preparation methods and properties of metal/protein composites. The discussion includes our recent results and development in the screening of composites, crystal structures, molecular design of bio-inspired systems concerning catalysts, electrochemistry, and materials. © 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.ccr.2007.04.007

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  26. Design of artificial metalloenzymes using non-covalent insertion of a metal complex into a protein scaffold 査読有り

    Ueno, T; Koshiyama, T; Abe, S; Yokoi, N; Ohashi, M; Nakajima, H; Watanabe, Y

    JOURNAL OF ORGANOMETALLIC CHEMISTRY   692 巻 ( 1-3 ) 頁: 142 - 147   2007年1月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Journal of Organometallic Chemistry  

    Construction of artificial metalloenzymes is one of the most attractive targets in the field of inorganic and catalytic chemistry, since they show remarkable chemoselectivity and reactivity in aqueous media. For the purpose, covalent modification of protein and cofactors have usually been utilized to attach a metal complex(es) to a protein scaffold. This article focuses on non-covalent insertion of metal complexes into protein environments. The discussion includes the screening of stable metal complex/protein composites, crystal structures, molecular design for regulating enantioselectivity of the target catalytic reactions. Our recent results show that the non-covalent conjugation will provide us a new way in semi-synthesis of artificial metalloenzymes. © 2006 Elsevier B.V. All rights reserved.

    DOI: 10.1016/j.jorganchem.2006.08.043

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  27. Design of metal cofactors activated by a protein–protein electron transfer system

    Takafumi Ueno, Norihiko Yokoi, Masaki Unno, Toshitaka Matsui, Yuichi Tokita, Masako Yamada, Masao Ikeda-Saito, Hiroshi Nakajima, Yoshihito Watanabe

    Proceedings of the National Academy of Sciences   103 巻 ( 25 ) 頁: 9416 - 9421   2006年6月

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    記述言語:英語   掲載種別:研究論文(学術雑誌)   出版者・発行元:Proceedings of the National Academy of Sciences  

    <jats:p>
    Protein-to-protein electron transfer (ET) is a critical process in biological chemistry for which fundamental understanding is expected to provide a wealth of applications in biotechnology. Investigations of protein–protein ET systems in reductive activation of artificial cofactors introduced into proteins remains particularly challenging because of the complexity of interactions between the cofactor and the system contributing to ET. In this work, we construct an artificial protein–protein ET system, using heme oxygenase (HO), which is known to catalyze the conversion of heme to biliverdin. HO uses electrons provided from NADPH/cytochrome P450 reductase (CPR) through protein–protein complex formation during the enzymatic reaction. We report that a Fe
    <jats:sup>III</jats:sup>
    (Schiff-base), in the place of the active-site heme prosthetic group of HO, can be reduced by NADPH/CPR. The crystal structure of the Fe(10-CH
    <jats:sub>2</jats:sub>
    CH
    <jats:sub>2</jats:sub>
    COOH-Schiff-base)·HO composite indicates the presence of a hydrogen bond between the propionic acid carboxyl group and Arg-177 of HO. Furthermore, the ET rate from NADPH/CPR to the composite is 3.5-fold faster than that of Fe(Schiff-base)·HO, although the redox potential of Fe(10-CH
    <jats:sub>2</jats:sub>
    CH
    <jats:sub>2</jats:sub>
    COOH-Schiff-base)·HO (−79 mV vs. NHE) is lower than that of Fe(Schiff-base)·HO (+15 mV vs. NHE), where NHE is normal hydrogen electrode. This work describes a synthetic metal complex activated by means of a protein–protein ET system, which has not previously been reported. Moreover, the result suggests the importance of the hydrogen bond for the ET reaction of HO. Our Fe(Schiff-base)·HO composite model system may provide insights with regard to design of ET biosystems for sensors, catalysts, and electronics devices.
    </jats:p>

    DOI: 10.1073/pnas.0510968103

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MISC 8

  1. zDHHCパルミトイル化酵素とABHD17脱パルミトイル化酵素

    深田正紀, 横井紀彦, 平田哲也, 深田優子  

    膜タンパク質工学ハンドブック   頁: 316 - 323   2020年4月

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  2. Systematic Screening of Depalmitoylating Enzymes and Evaluation of Their Activities by the Acyl-PEGyl Exchange Gel-Shift (APEGS) Assay. 招待有り 査読有り

    Kanadome T, Yokoi N, Fukata Y, Fukata M  

    Methods Mol Biol2009 巻   頁: 83 - 98   2019年

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    記述言語:英語   出版者・発行元:Methods in Molecular Biology  

    Palmitoylation is a reversible posttranslational lipid modification of proteins involved in a wide range of cellular functions. More than a thousand proteins are estimated to be palmitoylated. In neurons, PSD-95, a major postsynaptic scaffold protein, requires palmitoylation for its specific accumulation at the synapse and dynamically cycles between palmitoylated and depalmitoylated states. Although palmitoylating enzymes of PSD-95 have been well characterized, little is known about the depalmitoylating enzymes (e.g., thioesterases for palmitoylated PSD-95). An elegant pharmacological analysis has suggested that subsets of α/β hydrolase domain (ABHD)-containing proteins of the metabolic serine hydrolase superfamily involve thioesterases for palmitoylated proteins. Here, we describe a systematic method to screen the ABHD serine hydrolase genes, which unveiled ABHD17 as the depalmitoylating enzyme for PSD-95. Furthermore, we introduce the acyl-PEGyl exchange gel-shift (APEGS) method that enables quantification of palmitoylation levels/stoichiometries on proteins in various biological samples and can be used to monitor the dynamic depalmitoylation process of proteins.

    DOI: 10.1007/978-1-4939-9532-5_7

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  3. 抗DCC抗体関連性辺縁系脳炎と診断した猫の1例

    大谷彰平, 大西ゆみ, 小山英志, 松永悟, 中西章男, 志賀崇徳, チェンバーズ ジェームズ, 内田和幸, 横井紀彦, 深田優子, 深田正紀, 長谷川大輔  

    獣医神経病学会44th 巻   2018年

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  4. 記憶・学習に関わる メンブレントラフィック 招待有り 査読有り

    深田 優子, 横井紀彦, 宮﨑裕理, 深田正紀  

    メンブレントラフィック, 化学同仁 ( 19 ) 頁: 157 - 175   2016年

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  5. ケミカルシャペロンによるタンパク質の構造異常の修復はてんかんモデルマウスにおいてけいれん感受性を軽減する

    横井紀彦, 深田優子, 深田正紀  

    ライフサイエンス新着論文レビュー First Author’s   2015年1月

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    掲載種別:記事・総説・解説・論説等(商業誌、新聞、ウェブメディア)  

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  6. ケミカルシャペロンを用いたタンパク質構造異常の修復はてんかんモデルマウスの上昇した痙攣感受性を軽減する 招待有り 査読有り

    横井紀彦, 深田優子, 深田正紀  

    細胞工学85 巻   頁: 512 - 513   2015年

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  7. シナプス伝達修飾分子LGI1の 機能異常による“てんかん”発症

    横井紀彦, 深田優子, 深田正紀  

    メディカルバイオ7 巻 ( 3 ) 頁: 40 - 47   2010年5月

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    記述言語:日本語   出版者・発行元:オーム社  

    CiNii Books

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    その他リンク: http://search.jamas.or.jp/link/ui/2010195866

  8. Structure-Function Relationship of the Heme Oxygenase

    Masaki Unno, Takafumi Ueno, Norihiko Yokoi, Toshitaka, Matsui, Tomoe Kawanami, Mari Iwasaki, Shusuke Kusama, Yoshihito Watanabe, Masao Ikeda-Saito  

    Photon Factory Activity Report24 巻 ( B ) 頁: 230   2006年

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    記述言語:英語   掲載種別:記事・総説・解説・論説等(大学・研究所紀要)  

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講演・口頭発表等 6

  1. 神経修飾リガンドLGI1の変異を原因とするヒト家族性てんかんの分子病態機構 招待有り

    第89回日本薬理学会年会 シンポジウム「神経機能と疾患発症に関わる新たなシグナリング機構解明への挑戦」  2016年3月10日 

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    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  2. 神経分泌蛋白質LGI1の変異を原因とする“てんかん”の分子病態機構の解明と治療法の開拓 招待有り

    横井紀彦, 深田正紀, 深田優子

    生理学研究所研究会「シナプス恒常性維持の分子基盤とその破綻」  2013年6月6日 

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    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  3. 脳内蛋白質複合体の研究を通して、生物無機化学の未来について考えること 招待有り

    横井紀彦

    分子研研究会「錯体化学から始まる学術展開の可能性」  2021年3月11日 

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    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  4. 生理的なシナプス蛋白質複合体の変異体マウスを用いた機能解析 招待有り

    横井紀彦

    研究会「生物無機化学の新潮流と展望」  2013年5月25日 

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    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  5. 水素結合による蛋白質電子伝達システムと人工金属錯体の複合機能化 招待有り

    横井紀彦

    分子研研究会「金属と分子集合」  2007年6月1日 

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    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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  6. LGI1–ADAM22抗てんかん蛋白質複合体の量的制御機構の解明 招待有り

    横井紀彦, 深田正紀, 深田優子

    生理研研究会「機能的神経回路の構築と動作を支える分子細胞基盤」  2022年2月4日 

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    会議種別:口頭発表(招待・特別)  

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科研費 6

  1. 抗てんかん作用の発揮を目指したLGI1-ADAM22複合体の形成制御機構の解明

    研究課題/研究課題番号:22K06451  2022年4月 - 2025年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    横井 紀彦

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:4160000円 ( 直接経費:3200000円 、 間接経費:960000円 )

    30%近くのてんかんは難治性のてんかんと言われており、新たな治療戦略の創出が求められている。そのためには脳の異常興奮がどのように抑制されているのかを解明することが重要になる。我々は神経分泌蛋白質LGI1と膜蛋白質ADAM22の複合体の量が脳の異常興奮の抑制の鍵であることを見出してきた。本研究では、LGI1-ADAM22複合体形成を制御する分子機構を見出し、そして、それら分子機構を利用してLGI1-ADAM22複合体の量を増やすことで、てんかん治療効果に繋げることを目指す。
    現在、およそ30%のてんかんは難治性のてんかんと言われており、新たな治療戦略の創出が求められている。脳の異常興奮がてんかんの原因の一つと考えられていることから、てんかん治療戦略の開発には脳の興奮性の制御機構の解明が重要になる。我々は、てんかん原因遺伝子産物である神経分泌蛋白質LGI1と膜蛋白質ADAM22がシナプスにおいて複合体を形成すること、そして、それら蛋白質の変異によって複合体の量が減少し、てんかんが誘引されることを報告してきた。このことから、LGI1-ADAM22複合体の量が脳の異常興奮を抑制する鍵と着想し、複合体の量を制御する分子機構を明らかにすることで、新たなてんかん治療戦略に繋がると考えた。そして、LGI1-ADAM22複合体の量を制御する分子機構として、ADAM22のリン酸化による14-3-3との複合体形成や、ADAM22を含む1.2 MDaの巨大蛋白質複合体の形成を明らかにしてきた(Yokoi et al. Cell Rep. 2021)。本研究課題ではADAM22のリン酸化機構を利用することで、マウス脳内のLGI1-ADAM22複合体の量を制御し、てんかん治療戦略につなげることを目指す。我々はこれまでに、14-3-3に対して、ADAM22のリン酸化S832とS855が結合することを見出してきた。2022年度はS855に対するリン酸化特異的抗体を作製し、マウス脳内のS855リン酸化を検出する手段を得た。さらに、ADAM22 S832とS855に対するリン酸化酵素の活性誘導化合物を培養神経細胞やマウスへ作用させて、ADAM22のリン酸化と14-3-3との結合、そして、マウスの痙攣感受性への影響について検討を進めた。
    本研究の進展は、ADAM22のリン酸化によるLGI1-ADAM22複合体の安定化機構とてんかん発症の関係を明らかにし、新たなてんかん治療戦略につながる可能性がある。本年度作製したADAM22 Ser855特異的抗体は、これまでに作製したSer832特異的抗体と合わせて、今後のてんかん研究に対して、重要な研究ツールとなり得る。
    2023年度はこれまでに見出したADAM22のリン酸化機構に着目し、この機構を利用することで、生体(マウス)内でのADAM22、およびLGI1-ADAM22複合体の安定化を試みる。また、ADAM22と14-3-3の複合体形成によるシナプス蛋白質複合体の形成制御機構についても検討を進める。

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  2. てんかん関連リガンド受容体による脳の興奮抑制バランス制御機構の解明

    研究課題/研究課題番号:19K06893  2019年4月 - 2022年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  基盤研究(C)

    横井 紀彦

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:4420000円 ( 直接経費:3400000円 、 間接経費:1020000円 )

    我々はこれまでに、分泌蛋白質LGI1と膜蛋白質ADAM22の複合体の減少が、てんかんの原因になることを報告してきた。本研究では、マウス脳内でのADAM22のリン酸化によって、LGI1-ADAM22複合体が安定化されることを明らかにした。さらに、様々なマウス系統群の解析により、てんかん発症を抑制するADAM22とLGI1の量を見出した。以上のことから、脳内のLGI1-ADAM22複合体の増加が抗てんかん作用に繋がると考えられ、ADAM22のリン酸化制御がそのための有用な戦略になると期待される(Yokoi et al. Cell. Rep. 2021)。

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  3. てんかん原因リガンド/受容体が担うシナプス伝達制御機構の解明

    研究課題/研究課題番号:17K14969  2017年4月 - 2019年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  若手研究(B)

    横井 紀彦

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:4420000円 ( 直接経費:3400000円 、 間接経費:1020000円 )

    シナプス伝達のバランスの破綻はてんかん、統合失調症等の脳神経疾患を誘引すると考えられており、脳の興奮性を決定する分子機構の解明は重要な課題といえる。これまでに我々は家族性てんかん患者で見られるLGI1変異の網羅的解析により、LGI1の変異による分泌不全や、ADAM22との結合不全がてんかん発症の分子病態であることを報告してきた(Yokoi et al. Nat Med 2015)。本研究では、R474Q変異によるLGI1のホモ2量体結合の破綻がてんかんの原因になることを新たに見出した(Yamagata, Miyazaki, Yokoi et al, Nat Commun 2018)。

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  4. 神経修飾リガンド/受容体を起点とする興奮性シナプス伝達の制御機構の解明

    研究課題/研究課題番号:25890021  2013年8月 - 2015年3月

    日本学術振興会  科学研究費助成事業  研究活動スタート支援

    横井 紀彦

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    担当区分:研究代表者 

    配分額:2730000円 ( 直接経費:2100000円 、 間接経費:630000円 )

    てんかんは難治性の脳疾患の1つである。神経分泌蛋白質LGI1の変異は家族性常染色体優性外側側頭葉てんかんを引き起こす。その分子病態機構を明らかにするため、変異LGI1蛋白質を発現するてんかんモデルマウスを作製し、解析を行った。その結果、変異によるLGI1の構造異常がてんかんの原因であることを明らかにした。さらに、タンパク質構造異常を回復するケミカルシャペロンをてんかんモデルマウスへ投与することで、変異蛋白質の分泌及びADAM22受容体への結合が回復し、マウスの痙攣が緩和された。この結果から脳機能におけるLGI1-ADAM22複合体の重要性と、ヒトてんかんの新たな治療戦略を示した。

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  5. 新規シナプス伝達修飾分子LGI1/ADAM22/23の構造基盤の解明

    研究課題/研究課題番号:10J02876  2010年 - 2012年

    科学研究費助成事業  特別研究員奨励費

    横井 紀彦

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    担当区分:その他 

    LGI1は、ヒトでてんかんを引き起こす30以上の変異が報告され、また、辺縁系脳炎を引き起こす自己抗体の主要な標的であることが知られている。つまり、LGI1がヒトの神経活動に重要な役割を担うことは明白である。これまでに我々は、LGI1ノックアウト(KO)マウスが生後三週間以内にてんかん発作により全て死亡すること、LGI1がシナプス膜貫通蛋白質ADAM22、ADAM23と複合体を形成すること、そして、AMPA型グルタミン酸受容体の機能制御を行うことを見出してきた。しかしながら、LGI1の機能阻害とてんかん発症の分子病態メカニズムは未だ明らかではなかった。申請者はヒトでてんかんを引き起こすLGI1変異体の分泌活性を網羅的に検討し、分泌型と分泌阻害型に分類した。次に、生理機能への変異の影響を評価するため、分泌阻害型、分泌型変異体LGI1を発現するトランスジェニックマウスを作成した。LGI1変異体のヘテロ接合型マウスは、ペンチレンテトラゾールに対する痙攣感受性が野生型に比べ高かったことから、ヒトのてんかんモデルマウスとなることが示された。次に、マウス脳内でのLGI1変異体の機能欠損を生化学的、組織化学的に調査した結果、野生型LGI1がシナプス間隙へ分泌され、ADAM22、ADAM23と結合するのに対し、分泌不全型変異体は構造異常のために小胞体に留まり、最終的には分解されること、分泌型変異体はADAM22との結合が選択的に阻害されていることを見出した。以上の結果はLGI1の変異によって引き起こされるてんかんが、分泌不全、タンパク間相互作用不全を原因とする構造病(conformational disease)であることを示し、LGI1/ADAM22による脳の興奮性シナプス伝達制御機構の重要性が示された。さらに分泌不全型変異体の培養細胞からの分泌が、ある小分子により促されることも見出した。これは、LGI1変異によって引き起こされるてんかんの治療法に知見を与えるものである。

  6. 蛋白質三次元構造を利用した電子伝達経路の構築

    研究課題/研究課題番号:07J03483  2007年 - 2008年

    科学研究費助成事業  特別研究員奨励費

    横井 紀彦

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    担当区分:その他 

    本研究では、酸化還元分子を、蛋白質複合体を基盤として配列させることで、分子間の電子伝達反応を利用した新規化学反応システム構築を試みた。天然の酵素は複数の補因子の配列により、補因子間の電子移動反応を促進させ、高活性、高効率な化学反応システムを構築している。一方、蛋白質は、分子量数万といった巨大な分子にも関わらず、単一の構造を形成し、アミノ酸化学修飾を利用して人工化合物を蛋白質の望みの位置へ固定することが可能である。従って、複数の人工酸化還元分子を化学修飾で蛋白質表面へ導入し、配列させることで、新規の化学反応システムの構築が期待できる。本研究では、チューブ構造が人工的な分子を一次元的に配列させるのに有用な土台の一つと考え、我々が作成したベータヘリックス蛋白質[(gp5βf)_3]_2の繰り返しチューブ型構造を元にした触媒分子の配列化を試みた。
    酸化還元触媒であるフラビンのサクシニミジルエステル誘導体を[(gp5βf)_3]_2へ修飾したところ、そのフラビン集積体は、フラビンの光化学反応をスイッチとするクリック反応を、遊離のフラビンや、ポリリジンへ同様に修飾されたフラビンよりも約11倍速く進行させることを発見した。これは、強固なベータヘリックス構造を鋳型としたフラビンの配列の固定化によってフラビンの反応性を促進させることができたと考えられる。また、[(gp5βf)_3]_2のK41システイン変異体を作成し、そのシステインに対してRe(bpy)(CO)_3Cl錯体を、リシンにはRu(bpy)_3をそれぞれ修飾した。この複合体K41C_Re_<Cys>Ru_<NH>は、錯体の混合溶液と比べ、可視光照射下でのCO生成触媒反応を2.9倍多く進行させ、[(gp5βf)_3]_2が錯体間電子移動反応の鋳型分子として有用と示された。以上のように本研究では、ベータヘリックス構造を基盤とした機能分子の配列が、その分子の機能の制御に繋がる可能性を示すことに成功した。

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担当経験のある科目 (本学) 4

  1. 生物と薬物 実習

    2023

  2. 基礎セミナーB

    2023

  3. 基礎医学セミナー

    2023

  4. 生物と薬物 演習・学生発表

    2023

担当経験のある科目 (本学以外) 3

  1. 分子細胞生理学I

    2023年6月 総合研究大学院大学)

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    科目区分:大学院専門科目  国名:日本国

  2. 分子細胞生理学I

    2019年5月 総合研究大学院大学)

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    科目区分:大学院専門科目  国名:日本国

  3. 細胞神経生物学

    2014年11月 総合研究大学院大学)

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    科目区分:大学院専門科目  国名:日本国

 

社会貢献活動 1

  1. 記憶をつくるタンパク質

    役割:講師

    岡崎市教育委員会  出前授業、岡崎市立額田中学校  愛知県岡崎市額田中学校  2017年10月

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    対象: 中学生

    種別:出前授業