The regulatory mechanisms of mitochondrial permeability transition revealed by yeast genomics and proteomic analysis

• Project/Area Number: 20K07050
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 47030:Pharmaceutical hygiene and biochemistry-related
• Research Institution: National Institute of Health Sciences
• Principal Investigator: 山本 武範 国立医薬品食品衛生研究所, 遺伝子医薬部, 主任研究官 (80457324)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2022: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
• Keywords: ミトコンドリア / 透過性遷移 / カルシウム / プロテオミクス / 酵母

Outline of Research at the Start

ミトコンドリア膜の透過性が上昇する現象である「透過性遷移」は細胞死実行のトリガーである。透過性遷移は、アルツハイマー病などの発症に関与し、透過性遷移の制御因子は遺伝子治療用製品等や分子標的治療薬の開発に資すると期待される。このため、透過性遷移の制御因子の同定が求められるが、ミトコンドリアは生命機能に必須で、構成遺伝子の欠損動物は構築が難しく、研究が難航していた。我々はミトコンドリアが機能を失っても生育が可能な酵母に注目、酵母ミトコンドリアに透過性遷移を起こす実験系を初めて確立した。本研究では、この酵母解析系に先端プロテオミクスを併用した新規戦略で、透過性遷移の制御因子同定を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

ミトコンドリア膜の透過性が上昇する現象である「透過性遷移」はミトコンドリア内の細胞死誘導因子を放出させるマシナリーであり、細胞死実行のトリガーとして機能している。透過性遷移は、虚血再還流障害やアルツハイマー病などの発症と密接に関与しており、透過性遷移を制御できる化合物は有効な治療薬になると期待される。このため、分子標的となる透過性遷移の制御因子の同定が求められているが、ミトコンドリアは生命機能に必須であるため、構成遺伝子のノックアウト動物は構築が難しく、研究が難航していた。申請者はミトコンドリアの機能を失っても生育が可能な酵母に注目し、酵母のミトコンドリアに透過性遷移を誘導する実験系を世界に先駆けて確立した。本申請では、この酵母を使った解析系に先端プロテオミクス解析を併用した新規戦略で、透過性遷移の制御因子を同定することを目指すことを目的とする。
初年度は、透過性遷移に関与するタンパク質を探索するための先端的プロテオミクス解析に関する条件検討を行い、至適な解析条件を決定することができた。また、この条件を用いて、ミトコンドリアタンパク質を対象として、透過性線の新規制御因子の探索を開始した。

Research Products

• [Journal Article] S92 phosphorylation induces structural changes in the N-terminus domain of human mitochondrial calcium uniporter (2020)
  • Author(s): Lee Y, Park J, Lee G, Yoon S, Min CK, Kim TG, Yamamoto T, Kim DH, Lee KW, Eom SH.
  • Journal Title: Sci Rep Volume: 10(1) Issue: 1 Pages: 9131-9131
  • DOI: 10.1038/s41598-020-65994-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Identification of human glycerophosphodiesterase 3 as an ecto phospholipase C that converts the G protein-coupled receptor 55 agonist lysophosphatidylinositol to bioactive monoacylglycerols in cultured mammalian cells (2020)
  • Author(s): Tsutsumi Toshihiko、Matsuda Risa、Morito Katsuya、Kawabata Kohei、Yokota Miho、Nikawadori Miki、Inoue-Fujiwara Manami、Kawashima Satoshi、Hidaka Mayumi、Yamamoto Takenori、Yamazaki Naoshi、Tanaka Tamotsu、Shinohara Yasuo、Nishi Hiroyuki、Tokumura Akira
  • Journal Title: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular and Cell Biology of Lipids Volume: 1865 Issue: 9 Pages: 158761-158761
  • DOI: 10.1016/j.bbalip.2020.158761
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ミトコンドリアカルシウムユニポーター複合体におけるサブユニットの構成比の定量的解析 (2021)
  • Author(s): 渡辺 朗、前田 康輔、奈良 篤、橋田 芽依、大園 瑞音、中尾 彩嘉、山田 安希子、篠原 康雄、山本 武範
  • Organizer: 日本薬学会第141年会
• [Presentation] 近接依存性標識法による ミトコンドリアCaユニポーターの新規制御因子の探索 (2021)
  • Author(s): 橋田 芽依、渡辺 朗、小迫 英尊、前田 康輔、猪熊 翼、 山田 安希子、篠原 康雄、山本 武範
  • Organizer: 日本薬学会第141年会