Elucidation of a novel actin remodeling mechanism that supports the filtration apparatus of blood formed by podocytes

• Project/Area Number: 20K08591
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 53040:Nephrology-related
• Research Institution: Okayama University
• Principal Investigator: YAMADA Hiroshi 岡山大学, 医歯薬学域, 准教授 (80325092)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 竹居 孝二 岡山大学, 医歯薬学域, 教授 (40322226) ; 淺沼 克彦 千葉大学, 大学院医学研究院, 教授 (60449064)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
• Keywords: タンパク尿 / ポドサイト / ダイナミン / アクチン / 微小管 / 透過型電子顕微鏡 / in vitro / 細胞骨格 / ストレスファイバー / Podocyte / 糸球体

Outline of Research at the Start

腎臓は血液を濾過して老廃物を除去する。この血液を濾過する働きの障害は、透析治療が必要な末期腎臓病の進行につながる。腎臓糸球体に存在するポドサイト（足細胞）は血液を濾過し蛋白尿の発生を防ぐ中心的な役割を持っている。我々は、ポドサイトの血液濾過の機能を維持するアクチン再構成機構を発見した。ダイナミンはアクチン線維の束化、脱束化をコントロールする。また、ダイナミンの変異はアクチン再構成の異常を引き起こす。しかし、その機序のほとんどが不明である。本研究は、ダイナミンによるアクチン線維束形成機構の実態を明らかにしポドサイトの血液濾過機構におけるダイナミンの役割を確定する。

Outline of Final Research Achievements

Glomerular podocytes in kidney play important roles in filtering blood and preventing the development of proteinuria. Podocytes adhere to capillaries via a basement membrane to form an elaborated filtration apparatus of blood. Therefore, maintaining the morphology and function of podocytes is important to prevent progression of proteinuria, but the mechanism is largely unknown. We focused on the functions of dynamin 1 and dynamin 2 proteins expressed in podocytes. Both proteins have been shown to be essential for maintaining the morphology and function of podocytes, but their molecular mechanisms remained to be elucidated. In this study, we found that both dynamins are involved in the regulation of the cytoskeleton that supports podocyte morphology. Dynamin 1 and dynamin 2 bundled and stabilized microtubules and actin filaments, respectively.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

腎臓糸球体ポドサイトは、血液を濾過し蛋白尿の発生を防ぐ中心的な役割を持っている。このため、ポドサイトの障害により血液濾過装置が破綻すると、透析治療が必要な慢性腎不全の進行に直結する。本研究では、ポドサイトの形態・機能の維持に重要なダイナミンによる微小管、アクチン線維束化機構の一端を明らかにできた。さらに、ダイナミンの活性化はポドサイトのアクチン細胞骨格の再構成のみならず接着能も促進することから、ポドサイトの保護や機能改善に働くダイナミンをターゲットとした創薬が大いに期待される。

Research Products

• [Journal Article] The Lipid-Binding Defective Dynamin 2 Mutant in Charcot-Marie-Tooth Disease Impairs Proper Actin Bundling and Actin Organization in Glomerular Podocytes (2022)
  • Author(s): Hamasaki Eriko、Wakita Natsuki、Yasuoka Hiroki、Nagaoka Hikaru、Morita Masayuki、Takashima Eizo、Uchihashi Takayuki、Takeda Tetsuya、Abe Tadashi、Lee Ji-Won、Iimura Tadahiro、Saleem Moin A、Ogo Naohisa、Asai Akira、Narita Akihiro、Takei Kohji、Yamada Hiroshi
  • Journal Title: Frontiers in Cell and Developmental Biology Volume: 10 Pages: 884509-884509
  • DOI: 10.3389/fcell.2022.884509
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Microtubule assembly by tau impairs endocytosis and neurotransmission via dynamin sequestration in Alzheimer's disease synapse model (2022)
  • Author(s): Hori, T., Eguchi, K., Wang, H.Y., Miyasaka, T., Guillaud, L., Taoufiq, Z., Mahapatra, S., Yamada, H., Takei, K., Takahashi, T.
  • Journal Title: Elife Volume: 11 Pages: 1-20
  • DOI: 10.7554/elife.73542
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Recruitment of Irgb6 to the membrane is a direct trigger for membrane deformation (2022)
  • Author(s): Yamada Hiroshi、Abe Tadashi、Nagaoka Hikaru、Takashima Eizo、Nitta Ryo、Yamamoto Masahiro、Takei Kohji
  • Journal Title: Frontiers in Cellular and Infection Microbiology Volume: 12 Pages: 2022-2022
  • DOI: 10.3389/fcimb.2022.992198
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Imaging‐based evaluation of pathogenicity by novel DNM2 variants associated with centronuclear myopathy (2021)
  • Author(s): Fujise Kenshiro、Okubo Mariko、Abe Tadashi、Yamada Hiroshi、Takei Kohji、Nishino Ichizo、Takeda Tetsuya、Noguchi Satoru
  • Journal Title: Human Mutation Volume: 43 Issue: 2 Pages: 169-179
  • DOI: 10.1002/humu.24307
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dynamin 2 and BAR domain protein pacsin 2 cooperatively regulate formation and maturation of podosomes (2021)
  • Author(s): Li Jianzhen、Fujise Kenshiro、Wint Haymar、Senju Yosuke、Suetsugu Shiro、Yamada Hiroshi、Takei Kohji、Takeda Tetsuya
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 571 Pages: 145-151
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.07.041
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] JRAB/MICAL-L2 undergoes liquid-liquid phase separation to form tubular recycling endosomes (2021)
  • Author(s): Sakane Ayuko、Yano Taka-aki、Uchihashi Takayuki、Horikawa Kazuki、Hara Yusuke、Imoto Issei、Kurisu Shusaku、Yamada Hiroshi、Takei Kohji、Sasaki Takuya
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 4 Issue: 1 Pages: 551-551
  • DOI: 10.1038/s42003-021-02080-7
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Mutant BIN1-Dynamin 2 complexes dysregulate membrane remodeling in the pathogenesis of centronuclear myopathy (2021)
  • Author(s): Fujise K., Okubo M., Abe T., Yamada H., Nishino I., Noguchi S., Takei K., Takeda T.
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 296 Pages: 100077-100077
  • DOI: 10.1074/jbc.ra120.015184
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Dynamin 1 is important for microtubule organisation and stabilisation in glomerular podocytes (2020)
  • Author(s): The Mon La , Tachibana, H., Li, S.A., Abe, T., Seiriki, S., Nagaoka, H., Takashima, E., Takeda, T., Ogawa, D., Makino, S., Asanuma, K., Watanabe, M., Tian, X., Ishibe, S., Sakane, A., Sasaki, T., Wada, J., Takei, K., Yamada, H.
  • Journal Title: FASEB Journal Volume: 34 Issue: 12 Pages: 16449-16463
  • DOI: 10.1096/fj.202001240rr
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Internalization of AMPA-type glutamate receptor in the MIN6 pancreatic beta-cell line (2020)
  • Author(s): The Mon La, Yamada, H., Seiriki, S., Li, S.A., Fujise, K., Katsumi, N., Abe, T., Watanabe, M., Takei, K.
  • Journal Title: Cell Struct. Func. Volume: 45 Issue: 2 Pages: 121-130
  • DOI: 10.1247/csf.20020
  • NAID: 130007889517
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 脂質膜結合活性が低下しているダイナミン２のCMT変異体は、ポドサイトにおけるアクチン線維の配向とアクチンバンドル形成を異常にする (2022)
  • Author(s): 山田浩司、阿部匡史、内橋貴之、成田哲博、竹田哲也、竹居孝二
  • Organizer: 第95回日本生化学会大会
• [Presentation] ダイナミンによる微小管制御と糸球体ポドサイトの形態形成 (2022)
  • Author(s): 竹居孝二、山田浩司
  • Organizer: 第74回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] 糸球体足細胞（ポドサイト）におけるダイナミンによる微小管制御と形態形成 (2021)
  • Author(s): 山田 浩司
  • Organizer: 第９４回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] ダイナミンによる細胞骨格制御 (2021)
  • Author(s): 山田 浩司
  • Organizer: 愛媛大学応用化学セミナー・ミニシンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 血液ろ過に重要な新規の腎臓病治療標的タンパク質 『ダイナミン１』の発見 (2021)
  • Author(s): 山田 浩司
  • Organizer: "未来へのバイオ技術”勉強会（バイオインダストリー協会）
  • Invited
• [Presentation] ダイナミン２の自己重合と膜との相互作用は糸球体ポドサイトのアクチン制御に重要である (2021)
  • Author(s): 濱崎 英理子, 安岡 宏樹, 和木田 夏輝, 阿部 匡史, 竹田 哲也, 竹居 孝二, 山田 浩司
  • Organizer: 第６２回日本生化学会中国・四国支部例会
• [Presentation] 糸球体ポドサイトからのグルタミン酸の放出と開口放出関連タンパクの探索 (2021)
  • Author(s): 安岡 宏樹, 西井 尚子, 原田 結加, 宮地 孝明, 阿部 匡史, 竹田 哲也, 和田 淳, 竹居 孝二, 山田 浩司
  • Organizer: 第６２回日本生化学会中国・四国支部例会
• [Presentation] ダイナミン１は微小管の配向を調節しTRPV2の細胞膜移行を制御する (2021)
  • Author(s): 籔 彩夏, 安岡 宏樹, 片野坂 友紀, 阿部 匡史, 竹田 哲也, 竹居 孝二, 山田 浩司
  • Organizer: 第６２回日本生化学会中国・四国支部例会
• [Patent(Industrial Property Rights)] アルツハイマー病治療薬 (2022)
  • Inventor(s): 堀哲也,高橋智幸,タウフィック ザカリ,竹居孝二,山田浩司
  • Industrial Property Rights Holder: 堀哲也,高橋智幸,タウフィック ザカリ,竹居孝二,山田浩司
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2022-145546
  • Filing Date: 2022