Peroxisome homeostasis and its regulation via phoshorylation

• Project/Area Number: 17K07310
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Structural biochemistry
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Okumoto Kanji 九州大学, 理学研究院, 助教 (20363319)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2019: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2018: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2017: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
• Keywords: ペルオキシソーム / リン酸化 / タンパク質輸送 / カタラーゼ / 酸化ストレス応答 / 過酸化水素 / 細胞内小器官 / 酸化ストレス / 細胞小器官 / 翻訳後修飾

Outline of Final Research Achievements

Catalase, a hydrogen peroxide (H2O2)-decomposing enzyme, is mainly localized in peroxisomes. Here, we found that mammalian peroxin Pex14p, a central component of peroxisomal protein import machinery, is phosphorylated in vivo upon oxidative stresses such as H2O2. H2O2-induced phosphorylation of Pex14p suppresses peroxisomal import of catalase, leading to the increase of cytosolic catalase to counteract oxidative stress for cell survival. This is the first demonstration of phosphorylation-dependent, spatiotemporal regulation of peroxisomal matrix protein import.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ペルオキシソームへのタンパク質輸送がリン酸化修飾により制御されるという知見はこれまで酵母から哺乳類を通じて世界初のものであり、細胞内タンパク質選別輸送の新たな制御機構として学術的意義が高い。また、カタラーゼの細胞内局在の制御、すなわちサイトゾル局在性カタラーゼ量の調節が抗酸化ストレス応答として作用することが明らかとなり、この分子機構の理解が炎症反応や老化の進行などを介して病気や健康に影響を及ぼす酸化ストレスの軽減へ向けた創薬・医療シーズとなる可能性が示された。

Research Products

• [Int'l Joint Research] スタンフォード大学(米国)
• [Int'l Joint Research] Columbia University(米国)
• [Journal Article] Systematic identification of regulators of oxidative stress reveals non-canonical roles for peroxisomal import and the pentose phosphate pathway. (2020)
  • Author(s): Dubreuil, M.M., Morgens, D.W., Okumoto, K., Honsho, M., Contrepois, K., Lee-McMullen, B., Traber, G.M., Sood, R.S., Dixon, S.J., Snyder, M.P., *Fujiki, Y., and *Bassik, M.C.
  • Journal Title: Cell Rep. Volume: 30 Issue: 5 Pages: 1417-1433
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2020.01.013
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Dynamics of the nucleoside diphosphate kinase protein DYNAMO2 correlates with the changes in the global GTP level during the cell cycle of <i>Cyanidioschyzon merolae</i> (2019)
  • Author(s): Imoto, Y., Abe, Y., Okumoto, K., Ohnuma, M., Kuroiwa, H., Kuroiwa, T., and Fujiki, Y.
  • Journal Title: Proceedings of the Japan Academy, Series B Volume: 95 Issue: 2 Pages: 75-85
  • DOI: 10.2183/pjab.95.007
  • NAID: 130007591938
  • ISSN: 0386-2208, 1349-2896
  • Year and Date: 2019-02-08
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A newly identified mutation in the PEX26 gene is associated with a milder form of Zellweger spectrum disorder. (2019)
  • Author(s): Tanaka, A. J., Okumoto, K., Tamura, S., Abe, Y., Hirsch, Y., Deng, L., Ekstein, J., Chung, W. K., and Fujiki Y.
  • Journal Title: Cold Spring Harb. Mol. Case Stud. Volume: 5 Issue: 1 Pages: 1-16
  • DOI: 10.1101/mcs.a003483
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Onsite GTP fuelling via DYNAMO1 drives division of mitochondria and peroxisomes (2018)
  • Author(s): Imoto Yuuta、Abe Yuichi、Honsho Masanori、Okumoto Kanji、Ohnuma Mio、Kuroiwa Haruko、Kuroiwa Tsuneyoshi、Fujiki Yukio
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 9 Issue: 1 Pages: 1-12
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07009-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A newly isolated Pex7-binding, atypical PTS2 protein P7BP2 is a novel dynein-type AAA+ protein. (2018)
  • Author(s): Niwa, H., Miyauchi-Nanri, Y., Okumoto, K., Mukai, S., Noi, K., Ogura, T., and Fujiki Y.
  • Journal Title: J. Biochem. Volume: 164 Pages: 437-447
  • DOI: 10.1093/jb/mvy073
  • NAID: 40021789527
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Identification of peroxisomal protein complexes in mammalian cells. (2018)
  • Author(s): Okumoto, K., Miyata, N., and Fujiki
  • Journal Title: Subcell. Biochem. Volume: 89 Pages: 287-298
  • DOI: 10.1007/978-981-13-2233-4_12
  • ISBN: 9789811322327, 9789811322334
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cell death or survival against oxidative stress. (2018)
  • Author(s): Miyata, N., Okumoto, K., and Fujiki, Y.
  • Journal Title: Subcell. Biochem. Volume: 89 Pages: 463-471
  • DOI: 10.1007/978-981-13-2233-4_20
  • ISBN: 9789811322327, 9789811322334
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] New splicing variants of mitochondrial Rho GTPase-1 (Miro1) transport peroxisomes. (2018)
  • Author(s): Okumoto, K., Ono, T., Toyama, R., Shimomura, A., Nagata, A., and Fujiki Y.
  • Journal Title: J. Cell Biol. Volume: 217 Issue: 2 Pages: 619-633
  • DOI: 10.1083/jcb.201708122
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Blue-Native PAGE: Applications to study on peroxisome biogenesis (2017)
  • Author(s): Okumoto , K., Tamura, S., and Fujiki, Y.
  • Journal Title: In: Schrader, M. (ed.) Peroxisomes: Methods and Protocols, Methods in Molecular Biology (Series Ed.: Walker, J.M.), Springer, Humana Press, New York, USA Volume: 1595 Pages: 197-205
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-6937-1_18
  • ISBN: 9781493969357, 9781493969371
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Peroxisomal membrane and matrix protein import using a semi-intact mammalian cell system (2017)
  • Author(s): Okumoto, K., Honsho, M., Liu, Y., and Fujiki, Y.
  • Journal Title: In: Schrader, M. (ed.) Peroxisomes: Methods and Protocols, Methods in Molecular Biology (Series Ed.: Walker, J.M.), Springer, Humana Press, New York, USA Volume: 1595 Pages: 213-219
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-6937-1_20
  • ISBN: 9781493969357, 9781493969371
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Generation of Peroxisome-Deficient Somatic Animal Cell Mutants (2017)
  • Author(s): Okumoto K. and Fujiki Y.
  • Journal Title: In: Schrader, M. (ed.) Peroxisomes: Methods and Protocols, Methods in Molecular Biology (Series Ed.: Walker, J.M.), Springer, Humana Press, New York, USA Volume: 1595 Pages: 319-327
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-6937-1_29
  • ISBN: 9781493969357, 9781493969371
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ペキソファジー：ペルオキシソームの機能・形成と分解 (2017)
  • Author(s): 藤木幸夫, 山下俊一, 奥本寛治, 本庄雅則
  • Journal Title: 実験医学2017年7月号特集「ユビキチン化を介したオルガネロファジー」 Volume: 35 Pages: 1824-1831
• [Presentation] ペルオキシソーム欠損症病因遺伝子PEX26の新規変異同定とその障害の分子メカニズム (2019)
  • Author(s): 田村茂彦, 奥本寛治, Tanaka Akemi J., 阿部雄一 Hirsch Yoel, Deng Liyong, Ekstein Joseph, Chung Wendy K., 藤木幸夫
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
• [Presentation] 過酸化水素分解酵素カタラーゼの細胞内局在制御による酸化ストレス応答の分子機構 (2019)
  • Author(s): 藤木幸夫、奥本寛治、宮田暖、Emily Cheng
  • Organizer: 第14回日本臨床ストレス応答学会
• [Presentation] H2O2-induced phosphorylation of Pex14p suppresses peroxisomal import of catalase to counteract oxidative stress. (2019)
  • Author(s): Kanji Okumoto, Hidetaka Kosako, and Yukio Fujiki.
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] ペルオキシソーム局在性テイルアンカー型タンパク質ACBD5の翻訳アレストを介した局在化効率獲得 (2019)
  • Author(s): 小山 桂恵奈, 奥本 寛治, 田村 茂彦, 藤木 幸夫
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
• [Presentation] ペルオキシソーム欠損症病因遺伝子PEX26の新規変異同定とその極軽度障害をもたらす分子メカニズム (2019)
  • Author(s): 田村 茂彦, 奥本 寛治, Akemi J. Tanaka, 阿部 雄一, Yoel Hirsch, Liyong Deng, Joseph Ekstein, Wendy K. Chung, 藤木 幸夫
  • Organizer: 第42回日本分子生物学会年会
• [Presentation] ペルオキシソームの細胞内移動の制御機構 (2018)
  • Author(s): 奥本寛治
  • Organizer: 「新生鎖の生物学」第５回若手ワークショップ
• [Presentation] テイルアンカー型タンパク質ACBD5の翻訳速度とペルオキシソームへの輸送・局在化効率の関連性の検討 (2018)
  • Author(s): 小山桂恵奈, 奥本寛治, 田村茂彦, 藤木幸夫
  • Organizer: 平成30年度日本生化学会九州支部例会
• [Presentation] Biogenesis of peroxisomal tail-anchored membrane proteins, new splicing variants of Miro1, acyl-CoA binding domain containing protein 5 (ACBD5), and peroxin Pex26p. (2018)
  • Author(s): Kanji Okumoto, Yuichi Yagita, Masanori Honsho, and Yukio Fujiki
  • Organizer: International Symposium on “Proteins; from the Cradle to the Grave”
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 過酸化水素分解酵素カタラーゼの細胞内局在制御による酸化ストレス応答の分子機構 (2018)
  • Author(s): 藤木 幸夫, 奥本 寛治, 宮田 暖, Emily Cheng
  • Organizer: 第13回臨床ストレス応答学会大会
• [Presentation] ペルオキシソーム局在性テイルアンカー型膜タンパク質の輸送局在化機構 (2018)
  • Author(s): 奥本 寛治, 田村 茂彦, 八木田 悠一, 本庄 雅則, 藤木 幸夫
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] 新しく単離したPex7結合PTS2タンパク質P7BP2は新規ダイニンタイプAAA+である (2018)
  • Author(s): 藤木 幸夫, 丹羽 一, 宮内(南里) 康弘, 奥本 寛治, 向井 悟, 野井 健太郎, 小椋 光, 遠藤 斗志也
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会
• [Presentation] Local GTP fueling via nucleoside diphosphate kinase like protein DYNAMO1 drives division of peroxisome and mitochondrion (2018)
  • Author(s): Yukio Fujiki, Yuuta Imoto, Yuichi Abe, Masanori Honsho, Kanji Okumoto, Mio Ohnuma, Haruko Kuroiwa, and Tsuneyoshi Kuroiwa
  • Organizer: ASCB/EMBO 2018 Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Bcl-2 ファミリータンパク質 BAK を介したペルオキシソーム膜透過性制御 (2017)
  • Author(s): 細井謙一郎, 宮田暖, 向井悟, 奥本寛治, Cheng E.H., 藤木幸夫
  • Organizer: 平成29年度日本生化学会九州支部例会
• [Presentation] VDAC2-BAK axis regulates peroxisomal membrane permeability and catalase release (2017)
  • Author(s): Y. Fujiki, N. Miyata, S. Mukai, K. Okumoto, and E.H. Cheng
  • Organizer: 第69回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] NDR2 のペルオキシソーム膜への局在と一次繊毛形成における役割 (2017)
  • Author(s): 増川萌瑛 , 阿部彰子, 永井友朗, 奥本寛治, 本間悠太, 藤木幸夫, 水野健作
  • Organizer: 第69回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] Peroxisome biogenesis: Import of nascent membrane and matrix proteins (2017)
  • Author(s): Y. Fujiki, K. Okumoto, Y. Yagita, and S. Tamura
  • Organizer: 第17回日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] VDAC2-BAK axis regulates peroxisomal membrane permeability and catalase release. (2017)
  • Author(s): Fujiki, Y., Miyata, N., Mukai, S., Hosoi, K., Okumoto, K., and Cheng E.H.
  • Organizer: Gordon Research Conference on Organellar Channels & Transporters
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 過酸化水素分解酵素カタラーゼによる新たな酸化ストレス応答機構の発見 ～アポトーシス因子BAKの標的膜依存的細胞死と生の振り分け～ (2017)
  • Author(s): 藤木幸夫, 細井謙一郎, 宮田暖, 向井悟, 奥本寛治, Cheng E.H.
  • Organizer: 第12回臨床ストレス応答学会大会
• [Presentation] ペルオキシソームの機能と細胞内配置・運動性の新たな制御機構 (2017)
  • Author(s): 奥本寛治, 小野立晃, 外山隆介, 細井謙一郎, 宮田暖, 向井悟, Cheng E.H., 藤木幸夫
  • Organizer: 2017年度 生命科学系学会合同年次大会
  • Invited
• [Remarks] 九州大学理学部生物科学部門 細胞機能学研究室
  • URL: http://www.biology.kyushu-u.ac.jp/~funccell/
• [Remarks] 九州大学理学研究院代謝生理学研究室
  • URL: http://www.biology.kyushu-u.ac.jp/~taisha/ikelab/