リン脂質輸送ネットワークから理解するミトコンドリア機能維持機構
研究課題情報
- 課題管理番号
- 20gm5910026h0004
- 統合プロジェクト(二期)
シーズ開発・研究基盤プロジェクト<第二期>
- 9つの連携分野プロジェクト
その他<第一期>
- 事業名
革新的先端研究開発支援事業
- タグ(2020)
研究の性格: 生命・病態解明等を目指す研究
開発フェーズ: 基礎的
対象疾患: 該当なし<対象とする疾患なし>
- タグ(2019)
研究の性格: 生命・病態解明等を目指す研究
開発フェーズ: 基礎的
承認上の分類: 薬機法分類非該当
対象疾患: 該当なし<対象とする疾患なし>
- タグ(2018)
研究の性格: 生命・病態解明等を目指す研究
開発フェーズ: 基礎的
承認上の分類: 薬機法分類非該当
対象疾患: 該当なし<対象とする疾患なし>
- タグ(2017)
研究の性格: 生命・病態解明等を目指す研究
開発フェーズ: 基礎的
承認上の分類: 薬機法分類非該当
対象疾患: 該当なし<対象とする疾患なし>
- 代表研究機関
- 国立大学法人山形大学
- 研究代表者
(2020) 田村康, 国立大学法人山形大学, 理学部理学科 教授
(2019) 田村康, 国立大学法人山形大学, 理学部理学科 准教授
(2018) 田村康, 国立大学法人山形大学, 理学部 准教授
(2017) 田村康, 国立大学法人山形大学, 理学部 准教授
- 研究期間
- 2017年度 - 2020年度
- 課題への総配分額
- 119,097 千円
- 研究概要(2020)
- 当該年度は昨年度に引き続き,(1)SATAY法を用いた未知のカルジオリピン合成経路に関与する新規因子の同定(2)ヒト細胞から単離した膜画分を用いたリン脂質合成輸送の試験管内アッセイ系の最適条件決定(3)リン脂質合成輸送阻害剤の構造最適化(4)未知のカルジオリピン合成経路を阻害する化合物の単離の4点を目的とする。
- 研究概要(2019)
- 当該年度は昨年度に引き続き,(1)未知のカルジオリピン合成経路に関与する新規因子の同定(2)人細胞から単離した膜画分を用いたリン脂質合成輸送の試験管内アッセイ系の最適条件検討(3)リン脂質合成輸送阻害剤の構造最適化の3点を目的とする。
- 研究概要(2018)
- ミトコンドリアの正常な機能発現には,ミトコンドリア膜のリン脂質が,適切な組成で存在することが必要です。しかしリン脂質の恒常性維持の鍵となるミトコンドリアを介したリン脂質輸送や,カルジオリピン合成の分子機構には未だ不明な点が多く残されています。本研究ではこれらの謎を解明し,リン脂質代謝を自在に制御することで,リン脂質組成異常を引き起こす様々な疾患に対する画期的医薬品の開発を目指します。
- 研究概要(2017)
- ミトコンドリアの正常な機能発現には,ミトコンドリア膜のリン脂質が,適切な組成で存在することが必要です。しかしリン脂質の恒常性維持の鍵となるミトコンドリアを介したリン脂質輸送や,カルジオリピン合成の分子機構には未だ不明な点が多く残されています。本研究ではこれらの謎を解明し,リン脂質代謝を自在に制御することで,リン脂質組成異常を引き起こす様々な疾患に対する画期的医薬品の開発を目指します。
研究成果情報
2020
2019
2018
2017
成果の概要
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新規CL合成経路の解明
ミトコンドリアのPE量が減少した際に活性化されるUps 1非依存的なCL合成経路に関与する遺伝子を探索するために,これまで出芽酵母を用いた赤白スクリーニングや,トランスポゾン遺伝子を用いたSATAY法(Saturated Transposon Analysis in Yeast)を行ったが,遺伝子の同定には至らなかった。そこで次の手段として,特殊なCL合成経路を阻害する化合物を単離することで因子を解析することとした。東京大学創薬機構のFull libraryから,候補化合物を複数単離することに成功した。
ヒト小胞体・ミトコンドリア間リン脂質輸送のin vitroアッセイ手法の確立
ヒト培養細胞から単離した膜画分を用い,試験管内で小胞体-ミトコンドリア間におけるリン脂質合成,輸送を評価できる実験系の確立をした。特に肝細胞由来のPLC-PRF-5やHep-G2細胞で高いホスファチジルエタノールアミン(PE)合成活性(ホスファチジルセリン(PS)脱炭酸活性)があることがわかった。様々な条件を最適化することで,小胞体膜で合成されたPSがミトコンドリアへと輸送されPEに,さらにPEがミトコンドリアから小胞体へと輸送され,ホスファチジルコリン(PC)に変換される一連の反応をモニターできる実験系を確立した。
また出芽酵母における小胞体・ミトコンドリア間リン脂質輸送のin vitroアッセイ手法を応用し,小胞体以外のオルガネラからミトコンドリアへの脂質輸送を計測できる実験系を確立した。具体的には,大腸菌のホスファチジルセリン合成酵素(PssA)を,PS合成酵素を欠失させた出芽酵母の様々なオルガネラ膜上に,異なる膜トポロジーで発現させた酵母株を作製し,膜画分を単離した。この膜画分を用いて合成したPSの運命(ミトコンドリアにおけるPSの脱炭酸)を追跡することで,脂肪滴やペルオキシソーム,ミトコンドリア内膜のマトリクス側からミトコンドリア膜間部へのリン脂質の流れを解析する事が可能となった(Shiino et al., FEBS J. 2020)。
リン脂質合成輸送阻害剤の単離と機能評価
PEとPCの合成が,小胞体・ミトコンドリア間のリン脂質輸送に依存する様に改変した特殊な酵母細胞の増殖を特異的に阻害する化合物を,22万種類以上の化合物から単離した。これらの化合物をin vitroリン脂質輸送実験系を利用した二次スクリーニングにより絞り込み, ER膜におけるPCの合成を阻害する化合物を複数単離することに成功した。昨年度までにIC50が7 μMのPC合成阻害剤を得ていたが,新たにIC50が2 μMの化合物を単離した。
ミトコンドリアのPE量が減少した際に活性化されるUps 1非依存的なCL合成経路に関与する遺伝子を探索するために,これまで出芽酵母を用いた赤白スクリーニングや,トランスポゾン遺伝子を用いたSATAY法(Saturated Transposon Analysis in Yeast)を行ったが,遺伝子の同定には至らなかった。そこで次の手段として,特殊なCL合成経路を阻害する化合物を単離することで因子を解析することとした。東京大学創薬機構のFull libraryから,候補化合物を複数単離することに成功した。
ヒト小胞体・ミトコンドリア間リン脂質輸送のin vitroアッセイ手法の確立
ヒト培養細胞から単離した膜画分を用い,試験管内で小胞体-ミトコンドリア間におけるリン脂質合成,輸送を評価できる実験系の確立をした。特に肝細胞由来のPLC-PRF-5やHep-G2細胞で高いホスファチジルエタノールアミン(PE)合成活性(ホスファチジルセリン(PS)脱炭酸活性)があることがわかった。様々な条件を最適化することで,小胞体膜で合成されたPSがミトコンドリアへと輸送されPEに,さらにPEがミトコンドリアから小胞体へと輸送され,ホスファチジルコリン(PC)に変換される一連の反応をモニターできる実験系を確立した。
また出芽酵母における小胞体・ミトコンドリア間リン脂質輸送のin vitroアッセイ手法を応用し,小胞体以外のオルガネラからミトコンドリアへの脂質輸送を計測できる実験系を確立した。具体的には,大腸菌のホスファチジルセリン合成酵素(PssA)を,PS合成酵素を欠失させた出芽酵母の様々なオルガネラ膜上に,異なる膜トポロジーで発現させた酵母株を作製し,膜画分を単離した。この膜画分を用いて合成したPSの運命(ミトコンドリアにおけるPSの脱炭酸)を追跡することで,脂肪滴やペルオキシソーム,ミトコンドリア内膜のマトリクス側からミトコンドリア膜間部へのリン脂質の流れを解析する事が可能となった(Shiino et al., FEBS J. 2020)。
リン脂質合成輸送阻害剤の単離と機能評価
PEとPCの合成が,小胞体・ミトコンドリア間のリン脂質輸送に依存する様に改変した特殊な酵母細胞の増殖を特異的に阻害する化合物を,22万種類以上の化合物から単離した。これらの化合物をin vitroリン脂質輸送実験系を利用した二次スクリーニングにより絞り込み, ER膜におけるPCの合成を阻害する化合物を複数単離することに成功した。昨年度までにIC50が7 μMのPC合成阻害剤を得ていたが,新たにIC50が2 μMの化合物を単離した。
学会誌・雑誌等における論文一覧
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1. *Shirane M.*, Wada M., Morita K. Hayashi N., Kunimatsu R., Matsumoto Y., Matsuzaki F., Nakatsumi H., Ohta K., Tamura Y., and Nakayama KI.* (2020) Protrudin and PDZD8 contribute to neuronal integrity by promoting lipid extraction required for endosome maturation. Nat. Commun., 11, 4576.
2. *Tamura T., Fujisawa A., Tsuchiya M. Shen Y., Nagao K., Kawano S., Tamura Y., Endo T., Umeda M., and Hamachi I.* (2020) Organelle membrane-specific chemical labeling and dynamic imaging in living cells. Nat. Chem. Biol. 16, pages1361-1367 (2020)
3. Tashiro S., Kakimoto Y., Shinmyo M., Fujimoto S. and Tamura Y.* (2020) Improved Split-GFP Systems for Visualizing Organelle Contact Sites in Yeast and Human Cells. Front. Cell Dev. Biol. 8:571388.
4. Shiino H.†, Furuta S.†, Kojima R., Kimura K., Endo T., and Tamura Y.* Phosphatidylserine flux into mitochondria unveiled by organelle-targeted Escherichia coli phosphatidylserine synthase PssA. FEBS J. doi: 10.1111/febs.15657. Online ahead of print. (2020) †Equal contribution.
学会・シンポジウム等における口頭・ポスター
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1. 招待講演, 田村康,オルガネラ間リン脂質輸送制御を介したERストレス応答,第93回日本生化学会大会 シンポジウム1S05m リン脂質が制御する多彩な細胞機能2020年9月14日,Web開催
不明 / 講演
2. ポスター発表(+口頭発表), 椎野浩也,橋本美智子,遠藤斗志也,田村康,ミトコンドリア-小胞体間におけるリン脂質合成酵素及び輸送因子阻害剤の探索,第93回日本生化学会大会,2020年9月14日,オンライン開催
不明 /
3. ポスター発表(+口頭発表), 木村啓介,河合文啓,河合寿子,小島理恵子,渡邊康紀,遠藤斗志也,田村康,Firmicutes bacterium 由来のCDP-DAG合成酵素Tam41の結晶構造の解明,第28 回山形分子生物学セミナー,2020年12月3日,オンライン開催
不明 /
4. ポスター発表(+口頭発表), 椎野浩也,工藤真之祐,古田詩唯奈,田村康,酵母形質転換ストレスとPah1の欠損はINO4遺伝子へのTy1レトロトランスポゾン挿入を引き起こす,第62回日本脂質生化学会,5月14日,紙上開催
不明 /
5. ポスター発表(+口頭発表), 椎野浩也,橋本美智子,遠藤斗志也,田村康,ミトコンドリア・小胞体間におけるリン脂質合成輸送阻害剤の単離,第72回日本細胞生物学会大会,6月9日,オンライン開催
不明 /
6. ポスター発表(+口頭発表), 柿元百合子,小島理恵子,新名真夏,黒川量雄,中野明彦,遠藤斗志也,田村康,ミトコンドリア-小胞体間結合因子ERMES複合体クラスターの解離がERストレス軽減に寄与する,第72回細胞生物学会,2020年6月9-11日,オンライン開催
不明 /
7. ポスター発表(+口頭発表), 松崎淳平,田代晋也,新田莉彩子,尾野雅哉,吉丸哲郎,片桐豊雅,遠藤斗志也,田村康,Split-APEX2-GFP を用いたヒトミトコンドリア-小胞体間コンタクトサイト局在タンパク質の同定,第72回細胞生物学会,2020年6月9日,オンライン開催
不明 /
8. ポスター発表(+口頭発表), 木村啓介, 河合文啓, 平田邦生, 河合寿子, 小島理恵子, 渡邊康紀, 遠藤斗志也, 田村康,Firmicutes bacterium由来のCDP-DAG合成酵素Tam41の結晶構造の解明,第43回日本分子生物学会年会,2020年12月2日,オンライン開催
不明 /
9. ポスター発表(+口頭発表), 椎野浩也,橋本美智子,遠藤斗志也,田村康,ミトコンドリア-小胞体間リン脂質輸送阻害剤の単離,第43回日本分子生物学会年会,2020年12月2日,オンライン開催
不明 /