膜透過型オートファジーの制御機構

• Project Area: Multimode autophagy: Diverse pathways and selectivity
• Project/Area Number: 19H05710
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: National Center of Neurology and Psychiatry
• Principal Investigator: 株田 智弘 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所 疾病研究第四部, 室長 (70535765)
• Project Period (FY): 2019-06-28 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥66,820,000 (Direct Cost: ¥51,400,000、Indirect Cost: ¥15,420,000); Fiscal Year 2023: ¥13,130,000 (Direct Cost: ¥10,100,000、Indirect Cost: ¥3,030,000); Fiscal Year 2022: ¥13,130,000 (Direct Cost: ¥10,100,000、Indirect Cost: ¥3,030,000); Fiscal Year 2021: ¥13,130,000 (Direct Cost: ¥10,100,000、Indirect Cost: ¥3,030,000); Fiscal Year 2020: ¥13,130,000 (Direct Cost: ¥10,100,000、Indirect Cost: ¥3,030,000); Fiscal Year 2019: ¥14,300,000 (Direct Cost: ¥11,000,000、Indirect Cost: ¥3,300,000)
• Keywords: オートファジー / リソソーム / タンパク質分解 / RNA分解 / 核酸分解 / DUMP / 膜透過型オートファジー / 細胞内分解 / RNautophagy / 神経変性疾患 / ポリグルタミン病

Outline of Research at the Start

本研究では領域計画研究のうち、膜透過型オートファジーにおける核酸及びタンパク質などのリソソーム膜透過の分子機構とその制御機構解明を担当する。リソソーム膜を直接透過する経路について核酸をモデル基質として、膜透過の分子機構・制御機構の解明、生理機能解明を目標とする。さらに、タンパク質のリソソーム膜透過機構解明も目指すとともに、他の生体分子に関しても膜透過型オートファジーの基質となる可能性について検討を行う。本研究で得られる情報を全計画班と共有することにより領域の目標である「細胞内リソソーム分解全体の統合的理解」を推進する。

Outline of Annual Research Achievements

核酸分解系については、RNautophagy/DNautophagy (RDA)を仲介する2種類のリソソーム膜タンパク質LAMP2CとSIDT2の発現の制御機構を解析した。細胞にウイルス感染をミミックする poly(I:C)を導入すると、SIDT2とLAMP2Cの発現がmRNAとタンパク質レベルで上昇した。LAMP2AやLAMP2Bの発現は上昇しなかったことから、発現上昇は選択的であった。さらに、細胞内でpoly(I:C)を認識しさまざまな自然免疫応答を惹起する因子pattern-recognition receptors (PRRs)のノックダウンおよび過剰発現系の実験結果から、PRPsのひとつであるMDA5 がSIDT2とLAMP2 mRNAの poly(I:C)依存的な発現上昇を惹起していることが明らかとなった。SIDT2 をノックアウトした細胞では、ウイルス感染時 (日本脳炎ウイルス) のウイルス由来 RNA の増加が野生型細胞と比べて顕著になり、感染性のウイルス粒子の産生量も上昇した。これらの結果から、SIDT2やLAMP2C を介したRDAがウイルス感染・増殖に対する細胞の防御機構の一部を担うことが示唆された。
SIDT2が細胞質からリソソーム内にどのように基質を輸送しているのかに関しても研究を進めた。これまでにSIDT2が核酸だけでなくタンパク質についても、細胞質側からリソソーム内に輸送することを見いだしている。タンパク質を基質として超解像顕微鏡を用いた解析を進め、輸送機構を明らかにした。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Expression of RNautophagy/DNautophagy-related genes is regulated under control of an innate immune receptor (2024)
  • Author(s): Fujiwara Yuuki、Oroku Kazuki、Zhou Yinping、Takahashi Masayuki、Katayama Taiichi、Wada Keiji、Tsutsumi Nobuyuki、Sato Tetsuo、Kabuta Tomohiro
  • Journal Title: RNA Biology Volume: 21 Issue: 1 Pages: 1-9
  • DOI: 10.1080/15476286.2023.2291610
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nucleic acid uptake occurs independent of lysosomal acidification but dependent on ATP consumption during RNautophagy/DNautophagy (2023)
  • Author(s): Contu Viorica Raluca、Sakai Ryohei、Fujiwara Yuuki、Kabuta Chihana、Wada Keiji、Kabuta Tomohiro
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 644 Pages: 105-111
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2022.12.090
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy (4th edition)1 (2021)
  • Author(s): Daniel J Klionsky、Shu Aizawa、Amal Kamal Abdel-Aziz、Sara Abdelfatah、Mahmoud Abdellatif、Asghar Abdoli、Steffen Abel、Hagai Abeliovich、Marie H Abildgaard、Yakubu Princely Abudu、Abraham Acevedo-Arozena、Iannis E Adamopoulos、Khosrow Adeli、Timon E Adolph、Annagrazia Adornetto、Elma Aflaki、Galila Agam et al.
  • Journal Title: Autophagy Volume: 17 Issue: 1 Pages: 1-382
  • DOI: 10.1080/15548627.2020.1797280
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cytosolic domain of SIDT2 carries an arginine-rich motif that binds to RNA/DNA and is important for the direct transport of nucleic acids into lysosomes (2020)
  • Author(s): Hase Katsunori、Contu Viorica Raluca、Kabuta Chihana、Sakai Ryohei、Takahashi Masayuki、Kataoka Naoyuki、Hakuno Fumihiko、Takahashi Shin-Ichiro、Fujiwara Yuuki、Wada Keiji、Kabuta Tomohiro
  • Journal Title: Autophagy Volume: NO Issue: 11 Pages: 1-15
  • DOI: 10.1080/15548627.2020.1712109
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Discovery of a protein uptake pathway in lysosomes (2020)
  • Author(s): Fujiwara Yuuki、Contu Viorica Raluca、Kabuta Chihana、Ogawa Megumu、Fujita Hiromi、Kikuchi Hisae、Sakai Ryohei、Hase Katsunori、Suzuki Mari、Koyama-Honda Ikuko、Inoue Michio、Oya Yasushi、Inoue Yukiko U.、Inoue Takayoshi、Takahashi Ryosuke、Nishino Ichizo、Wada Keiji、Noguchi Satoru、Kabuta Tomohiro
  • Journal Title: bioRxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/2020.08.11.245688
  • Open Access
• [Journal Article] Molecular mechanisms of RNautophagy and DNautophagy (2019)
  • Author(s): 株田 智弘、Contu Viorica Raluca
  • Journal Title: 生化学 Volume: 91 Issue: 5 Pages: 620-625
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2019.910620
  • ISSN: 0037-1017
  • Year and Date: 2019-10-25
• [Presentation] リソソームが直接的にタンパク質・核酸を取り込む細胞内分解機構とその役割 (2024)
  • Author(s): 株田智弘
  • Organizer: 第2回タンパク質シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] RNautophagyの分子メカニズムと役割 (2023)
  • Author(s): 株田智弘
  • Organizer: 第67回日本薬学会 関東支部大会 シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] ATP-dependent uptake of proteins by lysosomes (2022)
  • Author(s): Tomohiro Kabuta
  • Organizer: The 10th International Symposium on Autophagy
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] リソソームによる新しいタンパク質分解機構 (2020)
  • Author(s): 株田智弘
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会 シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 新しい膜透過型オートファジーの分子機構 (2019)
  • Author(s): 株田智弘
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
  • Invited
• [Book] 医学のあゆみ「オートファジー-分子機構・生物学的意義・疾患との関わりー」 (2020)
  • Author(s): 株田智弘
  • Total Pages: 5
  • Publisher: 医歯薬出版
• [Patent(Industrial Property Rights)] 標的ポリペプチド分解誘導剤 (2020)
  • Inventor(s): 株田智弘、他5名
  • Industrial Property Rights Holder: 国立研究開発法人 国立精神・神経医療研究センター
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2020