Elucidation of the intracellular molecular mechanisms of iron trafficking in intestinal epithelial cells

• Project/Area Number: 21K05281
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 37010:Bio-related chemistry
• Research Institution: Nagasaki University (2022-2023); University of Hyogo (2021)
• Principal Investigator: Sawai Hitomi 長崎大学, 工学研究科, 准教授 (50584851)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000); Fiscal Year 2021: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
• Keywords: 鉄輸送タンパク質 / 細胞内鉄動態 / 鉄栄養素の吸収 / 細胞内の鉄輸送 / 鉄貯蔵タンパク質 / 鉄トランスポーター / 鉄イオンの細胞内動態 / 鉄シャペロン / 鉄代謝 / 鉄イオン輸送 / 腸管モデル細胞

Outline of Research at the Start

鉄は、全ての生物の生命維持に必須の遷移金属元素である。生物の体内では、種々のタンパク質の介助によって鉄イオンが輸送され重要な機能を担っているが、鉄イオンの細胞内輸送に関する詳細な分子機構は未解明である。そのため、鉄栄養素の効率的な摂取方法や鉄代謝異常による疾病への理解は不十分である。本研究では、ヒトが食餌から獲得した鉄イオンを腸管上皮細胞で吸収し血管へと輸送する仕組みを詳細に解明するために、新たに同定された細胞質に局在する鉄イオン輸送タンパク質を主な研究対象として、鉄イオンの輸送メカニズムならびに鉄イオンの吸収や貯蔵に関わるタンパク質との相互作用を検討する。

Outline of Final Research Achievements

Iron is essential for the survival of all living organisms and is transported and utilized in the body with the assistance of various proteins; however, detailed molecular mechanisms have not been elucidated. In this study, we focused on a newly identified iron transport protein (iron chaperone) localized in the cytoplasm to clarify the detailed mechanisms by which dietary iron in humans is absorbed by the intestinal epithelial cells and transported to the bloodstream. We investigated the interaction of the iron chaperone with proteins related to iron dynamics, and clarified the properties of the iron chaperone and the mechanism of iron transfer to related proteins.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

鉄イオン吸収に関する研究は、医科学や栄養学的な観点で発展してきたが、タンパク質レベルでの機能制御機構は理解されていない。そのため、鉄イオンの輸送に関わるタンパク質の分子機構を詳細に解明することは、鉄代謝異常による疾病の理解や鉄栄養素の効率的で無害な摂取方法や新たな鉄剤の開発への端緒となる。

Research Products

• [Int'l Joint Research] レスター大学/ブリストル大学/リバプール大学(英国)
• [Int'l Joint Research] メリーランド大学(米国)
• [Int'l Joint Research] ルンド大学(スウェーデン)
• [Int'l Joint Research] ブリストル大学/レスター大学(英国)
• [Journal Article] Carbohydrate-binding ability of a recombinant protein containing the DM9 motif from <i>Drosophila melanogaster</i> (2024)
  • Author(s): Hatakeyama Tomomitsu、Kojima Fuki、Ohkawachi Issei、Sawai Hitomi、Unno Hideaki
  • Journal Title: The Journal of Biochemistry Volume: ‐ Issue: 6 Pages: 659-669
  • DOI: 10.1093/jb/mvae014
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Survival of Pathogenic Bacteria: The Molecular Mechanism of the Heme-responsive Sensor Protein PefR (2023)
  • Author(s): SAWAI Hitomi
  • Journal Title: Seibutsu Butsuri Volume: 63 Issue: 2 Pages: 102-103
  • DOI: 10.2142/biophys.63.102
  • ISSN: 0582-4052, 1347-4219
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structural Basis of Heme-responsive Sensor Protein Mediating the Survival of Hemolytic Bacteria. (2022)
  • Author(s): H. Sawai, Y. Shiro
  • Journal Title: SPring-8/SACLA Research Frontiers 2021 Volume: 2021 Pages: 26-27
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Capacity of extracellular globins to reduce liver fibrosis via scavenging reactive oxygen species and promoting MMP-1 secretion. (2022)
  • Author(s): Hieu VN, Thuy LTT, Hai H, Dat NQ, Hoang DV, Hanh NV, Phuong DM, Hoang TH, Sawai H, Shiro Y, Sato-Matsubara M, Oikawa D, Tokunaga F, Yoshizato K, Kawada N.
  • Journal Title: Redox Biol. Volume: 52 Pages: 102286-102286
  • DOI: 10.1016/j.redox.2022.102286
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Heme controls the structural rearrangement of its sensor protein mediating the hemolytic bacterial survival (2021)
  • Author(s): Nishinaga Megumi、Sugimoto Hiroshi、Nishitani Yudai、Nagai Seina、Nagatoishi Satoru、Muraki Norifumi、Tosha Takehiko、Tsumoto Kouhei、Aono Shigetoshi、Shiro Yoshitsugu、Sawai Hitomi
  • Journal Title: Communications Biology Volume: 4 Issue: 1 Pages: 467-467
  • DOI: 10.1038/s42003-021-01987-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] XFEL Crystal Structures of Peroxidase Compound II (2021)
  • Author(s): Kwon, H., Basran, J., Pathak, C., Hussain, M., Freeman, S. L., Fielding, A. J., Bailey, A. J., Stefanou, N., Sparkes, H. A., Tosha, T., Yamashita, K., Hirata, K., Murakami, H., Ueno, G., Ago, H., Tono, K., Yamamoto, M., Sawai, H., Shiro, Y., Sugimoto, H., Raven, E., Moody, P. C. E.
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: - Issue: 26 Pages: 14578-14585
  • DOI: 10.1002/anie.202103010
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] ヒトの鉄栄養素の吸収と輸送に関わるタンパク質間の分子機序 (2024)
  • Author(s): 澤井仁美
  • Organizer: 生物無機化学シンポジウム2024
• [Presentation] 植物とヒトの鉄獲得機構の分子レベルでの相違点 (2024)
  • Author(s): 澤井仁美
  • Organizer: 第65回日本植物生理学会年会
  • Invited
• [Presentation] 鉄を摂取して健康になるための分子科学 (2024)
  • Author(s): 澤井仁美
  • Organizer: 日本農芸化学会2024年度大会創立100周年記念大会
  • Invited
• [Presentation] Thinking about Iron: the Molecular and Cellular Mechanisms of Dietary Iron Absorption (2023)
  • Author(s): Hitomi Sawai
  • Organizer: 20th International Conference on Biological Inorganic Chemistry (ICBIC20)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Molecular Mechanism of Iron Trafficking into Ferritin via Iron Chaperone (2023)
  • Author(s): Atsuto Ura, Izumi Yanatori, Takehiko Tosha, Yoshitsugu Shiro, Hitomi Sawai
  • Organizer: 20th International Conference on Biological Inorganic Chemistry (ICBIC20)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Metal Dynamics via Proteins: Understanding of the Uptake, Trafficking and Regulation of Biometals by the Relay of Protein-Protein Interactions (2023)
  • Author(s): Hitomi Sawai
  • Organizer: LINXS ChemLife WG3 Kick-off Meeting
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Food for Thought: the Protein Interactions for Dietary Iron Absorption in Humans (2023)
  • Author(s): Hitomi Sawai
  • Organizer: UK-Japan Meeting and Workshop: Dynamic Crystallography-XFELs and Synchrotrons to study enzyme reactions
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 蛋白質間相互作用による鉄ホメオスタシスの制御 (2023)
  • Author(s): 澤井仁美
  • Organizer: 第23回日本蛋白質科学会年会
  • Invited
• [Presentation] ヒトの鉄栄養吸収に関わる膜タンパク質の構造機能解析 (2023)
  • Author(s): 澤井仁美
  • Organizer: 第13回トランスポーター研究会九州部会
  • Invited
• [Presentation] 金属蛋白質のための放射光構造生物学 (2023)
  • Author(s): 澤井仁美
  • Organizer: 九州シンクロトロン光応用研究センター講演会
  • Invited
• [Presentation] Molecular Mechanisms of the Iron Binding and Transport by PCBP (2023)
  • Author(s): Atsuto Ura, Izumi Yanatori, Takehiko Tosha, Yoshitsugu Shiro, Hitomi Sawai
  • Organizer: 日本生物物理学会第14回中国四国支部大会
• [Presentation] ヒトの鉄吸収に関わる膜貫通型鉄還元酵素Dcytbと鉄輸送タンパク質PCBPの複合体化の検討 (2023)
  • Author(s): 宮脇まどか、浦 敦人、簗取いずみ、城 宜嗣、澤井仁美
  • Organizer: 令和5年度日本生化学会 九州支部例会
• [Presentation] 鉄シャペロンタンパク質PCBPによる鉄イオン輸送機構の解明 (2023)
  • Author(s): 浦 敦人、簗取 いずみ、城 宜嗣、澤井 仁美
  • Organizer: 第23回日本蛋白質科学会年会
• [Presentation] 細胞内鉄輸送に関わる鉄シャペロンと鉄貯蔵タンパク質の複合体形成の分子機構 (2023)
  • Author(s): 佐藤 渚、浦 敦人、簗取いずみ、當舎武彦、城 宜嗣、澤井仁美
  • Organizer: 第96回日本生化学会大会
• [Presentation] 鉄還元機能を持つ6回膜貫通型タンパク質101F6の大腸菌での発現と機能解析 (2023)
  • Author(s): 阪口智哉、澤井仁美、城 宜嗣、鍔木基成、當舎武彦、木村哲就、杉本宏
  • Organizer: 第96回日本生化学会大会
• [Presentation] 膜貫通型鉄還元酵素Dcytbと鉄輸送タンパク質PCBPの複合体化 (2023)
  • Author(s): 宮脇 まどか、浦 敦人、簗取 いずみ、當舎 武彦、城 宜嗣、澤井 仁美
  • Organizer: 第2回生命金属科学シンポジウム
• [Presentation] 細胞内での鉄の輸送と貯蔵の分子メカニズム (2023)
  • Author(s): 浦 敦人、簗取いずみ、當舎武彦、城 宜嗣、澤井仁美
  • Organizer: 第35回生物無機化学夏季セミナー
• [Presentation] ヒト由来鉄還元酵素Dcytbと二価金属輸送体DMT1の相互作用解析に向けた恒常共発現系の構築 (2023)
  • Author(s): 坂上正虎、柴田晃利、阪口智哉、藤宇将吾、髙原教代、簗取いずみ、城 宜嗣、當舎武彦、澤井仁美
  • Organizer: 第35回生物無機化学夏季セミナー
• [Presentation] 鉄輸送シャペロンPCBPと鉄貯蔵タンパク質Ferritinの複合体形成の分子機構 (2023)
  • Author(s): 佐藤 渚、浦 敦人、簗取いずみ、當舎武彦、城 宜嗣、澤井仁美
  • Organizer: 第35回生物無機化学夏季セミナー
• [Presentation] 細胞内鉄輸送タンパク質PCBPにおけるヘム鉄の結合解析 (2023)
  • Author(s): 竹下はな、浦 敦人、簗取いずみ、當舎武彦、城 宜嗣、澤井仁美
  • Organizer: 第35回生物無機化学夏季セミナー
• [Presentation] 膜貫通型鉄還元酵素Dcytbと細胞内鉄輸送タンパク質PCBPの相互作用の検討 (2023)
  • Author(s): 宮脇まどか、浦 敦人、簗取いずみ、當舎武彦、城 宜嗣、澤井仁美
  • Organizer: 第35回生物無機化学夏季セミナー
• [Presentation] ヒトの膜貫通型鉄還元酵素DcytbのC末端領域の役割 (2023)
  • Author(s): 入江帆美、浦 敦人、簗取いずみ、當舎武彦、城 宜嗣、澤井仁美
  • Organizer: 第35回生物無機化学夏季セミナー
• [Presentation] PCBP-Ferritin相互作用解析に基づく細胞内鉄代謝機構の解明 (2023)
  • Author(s): 浦 敦人、簗取いずみ、當舎武彦、城 宜嗣、澤井仁美
  • Organizer: 令和5年度バイオダイナミクス研究会
• [Presentation] ヒト由来二価金属輸送体DMT1と鉄還元酵素Dcytbの相互作用解析に向けて (2023)
  • Author(s): 坂上正虎、髙原教代、簗取いずみ、當舎武彦、城 宜嗣、澤井仁美
  • Organizer: 令和5年度バイオダイナミクス研究会
• [Presentation] 腸管における鉄栄養の吸収輸送という現象を多様な分子の相互作用として捉えて精密に理解する研究 (2022)
  • Author(s): 澤井仁美
  • Organizer: 第1回生命金属科学シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] Heme Controls the Structural Rearrangement of Its Sensor Protein Mediating the Survival of Hemolytic Bacteria. (2022)
  • Author(s): Hitomi Sawai
  • Organizer: Gordon Research Conference: Chemistry and Biology of Tetrapyrroles
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 生体内の鉄の動態と機能 (2022)
  • Author(s): 澤井仁美
  • Organizer: 第34回生物無機化学夏季セミナー
  • Invited
• [Presentation] 鉄の生体内動態：栄養素あるいは細胞毒としての鉄を制御する仕組み (2022)
  • Author(s): 澤井仁美
  • Organizer: 日本農芸化学会2022年度西日本支部大会
  • Invited
• [Presentation] ヒトの細胞内における鉄イオンの輸送と貯蔵の分子メカニズム (2022)
  • Author(s): 浦 敦人、簗取いずみ、城 宜嗣、澤井仁美
  • Organizer: 日本農芸化学会2022年度西日本支部大会
• [Presentation] センサータンパク質による鉄毒性の回避メカニズム (2022)
  • Author(s): 澤井仁美
  • Organizer: メタルバイオサイエンス研究会2022
  • Invited
• [Presentation] 鉄栄養素の細胞内動態を分子と細胞の階層で探る (2022)
  • Author(s): 澤井仁美
  • Organizer: 第95回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] 細胞内鉄輸送タンパク質PCBP1における鉄イオンの結合と輸送の分子メカニズム (2022)
  • Author(s): 浦 敦人、簗取いずみ、城 宜嗣、澤井仁美
  • Organizer: 第95回日本生化学会大会
• [Presentation] Heme Controls the Structural Rearrangement of Its Sensor Protein Mediating Survival of Pathogenic Bacteria. (2022)
  • Author(s): Hitomi Sawai
  • Organizer: 10th Asian Biological Inorganic Chemistry Conference (AsBIC10)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Structural basis for the multifunctionality of the heme-responsive sensor protein for heme detoxification in hemolytic bacteria. (2021)
  • Author(s): Hitomi Sawai
  • Organizer: 11th International Conference on Porphyrins and Phthalocyanines (ICPP-11)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 膜タンパク質の立体構造を基盤とする腸管モデル細胞を用いた鉄イオン吸収メカニズムの解析 (2021)
  • Author(s): 澤井 仁美
  • Organizer: 生理学研究所研究会「上皮膜輸送の多様性・調和機構を基盤とする異分野融合研究の創出」
  • Invited
• [Presentation] 鉄イオンの吸収に関わる膜タンパク質の構造と腸管モデル細胞を用いた機能解析 (2021)
  • Author(s): 澤井 仁美
  • Organizer: 第１回トランスポーター研究会関西部会
  • Invited
• [Presentation] Structural insights into the multifunctionality of the heme-responsive sensor protein for detoxification in hemolytic bacteria (2021)
  • Author(s): Hitomi Sawai
  • Organizer: The International Chemical Congress of Pacific Basin Societies 2021 (Pacifichem2021)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] ヘムタンパク質の科学 (2022)
  • Author(s): 城 宜嗣、青野 重利、齋藤 正男
  • Total Pages: 472
  • Publisher: エヌ・ティー・エス
  • ISBN: 9784860437787
• [Book] 生命金属ダイナミクス (2021)
  • Author(s): 城宜嗣、澤井仁美、當舎武彦
  • Total Pages: 511
  • Publisher: エヌ・ティー・エス出版
• [Remarks] Researchmap
  • URL: https://researchmap.jp/hitomisawai
• [Remarks] 分子科学研究所 研究者詳細
  • URL: https://www.ims.ac.jp/research/assoc_cross/sawai.html