Regulation of mitochondrial quality control by cellular signals

• Project/Area Number: 20H03257
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 44010:Cell biology-related
• Research Institution: Rikkyo University
• Principal Investigator: Oka Toshihiko 立教大学, 理学部, 教授 (40263321)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥17,810,000 (Direct Cost: ¥13,700,000、Indirect Cost: ¥4,110,000); Fiscal Year 2022: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2021: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2020: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000)
• Keywords: ミトコンドリア品質管理 / ミトコンドリア / 品質管理

Outline of Research at the Start

ミトコンドリアは，ATP産生を代表とする多彩な細胞機能を担うだけでなく，固有のDNAを有する「細胞内共生」オルガネラとして，細胞との協調的なバランスを維持している。
近年，障害を受けたミトコンドリアの排斥機構についての詳細な分子メカニズムが明らかになった。しかし，そのような排斥機構は膜電位消失という内的要因のみで起こると考えられてきた。私達が明らかにしたcAMP/PKA経路の関与は，様々なミトコンドリア外のシグナル経路が排斥機構を調節する可能性を示した。
本研究では，これまで未解明であったミトコンドリア外シグナルによる障害ミトコンドリア排斥の調節機構の総合的な理解を目指す。

Outline of Final Research Achievements

Damaged mitochondria are selectively eliminated by autophagy, which is called mitochondrial quality control. It remains unclear how mitochondrial quality is controlled through cellular signaling pathways. We focused on a glycolytic enzyme and showed its mitochondrial targeting and involvement in mitochondrial quality control. Furthermore, we found that ubiquitination onto mitochondrial outer membrane proteins was stimulated under hypoxic conditions.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究では，細胞内外の多様な環境変化に起因する異なるシグナル経路に着目して，ミトコンドリア機能の調節機構を明らかにしようとする点が特徴であり，特にミトコンドリアの代謝経路の上流である解糖系および下流の酸素消費との関連性を検証した点がユニークである。本研究で得られる結果は，ミトコンドリアの機能と品質管理の理解に寄与するだけでなく，PINK1やParkinを原因遺伝子とする遺伝性パーキンソン病の発症メカニズムを理解する一助となることが期待される。

Research Products

• [Journal Article] TIM23 facilitates PINK1 activation by safeguarding against OMA1-mediated degradation in damaged mitochondria (2023)
  • Author(s): Shiori Akabane, Kiyona Watanabe, Hidetaka Kosako, Shun-ichi Yamashita, Kohei Nishino, Masahiro Kato, Shiori Sekine, Tomotake Kanki, Noriyuki Matsuda, Toshiya Endo, Toshihiko Oka
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 42 Issue: 5 Pages: 112454-112454
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112454
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Localization of myoglobin in mitochondria: implication in regulation of mitochondrial respiration in rat skeletal muscle (2021)
  • Author(s): Koma R, Shibaguchi T, Perez-Lopez C, Oka T, Jue T, Takakura H and Masuda K
  • Journal Title: Physiol Rep Volume: 9 Issue: 5
  • DOI: 10.14814/phy2.14769
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] ミトコンドリア膜透過装置TIM23はPINK1複合体のメンバーとして，脱分極で郵送されるPINK1分解を抑制する (2022)
  • Author(s): 赤羽しおり, 渡邊聖菜, 小迫秀尊，松田憲之，遠藤斗志也，岡敏彦
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会大会
• [Presentation] プロテアーゼを介したミトコンドリア品質管理の制御 (2021)
  • Author(s): 赤羽しおり, 渡邊聖菜, 岡敏彦
  • Organizer: 第94回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] The novel role of TIM23 in mitochondrial quality control (2021)
  • Author(s): 赤羽しおり,岡敏彦
  • Organizer: Cold Spring Harbor Asia conference, Mitochondria and Metabolism in Health and Disease
  • Int'l Joint Research / Invited