膜融合のin vitro再構成によるミトコンドリア外膜融合機構の解明
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21K06054
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 43020:Structural biochemistry-related
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| Research Institution | Kurume University |
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Principal Investigator |
伴 匡人 久留米大学, 分子生命科学研究所, 准教授 (00579667)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | ミトコンドリア / 膜融合 / GTPase / リポソーム / 再構成 / 試験管内再構成 / mitofusin / 脂質膜 / in vitro再構成 |
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| Outline of Research at the Start |
細胞内のエネルギー生産を担うミトコンドリアは、融合と分裂によりその形態を制御している。形態制御はミトコンドリア機能と密接に相関しており、その不全は細胞機能の喪失や病気の原因となる。膜融合因子としてGTP加水分解タンパク質 Mfnが同定されているが、比較的大型の膜蛋白質であるために、構造生物化学に基づく研究がほとんど行われず、その作用機構は長らく解析されてこなかった。本研究では、組換えMfnと人工脂質膜を使った膜融合反応のin vitro再構成アッセイにより、「Mfnの膜結合・融合の駆動力」を明らかにし、ミトコンドリア外膜融合の分子機構理解を飛躍的に発展させることを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
ミトコンドリアは、膜融合・膜分裂を繰り返す動的なオルガネラである。膜融合と膜分裂の平衡異常が、細胞機能や分化の異常、病気の原因となることから、膜融合の分子機構が生物学・医学など様々な分野から注目されている。本研究では、膜融合GTPase Mfn2の精製タンパク質と人工脂質二重膜小胞（リポソーム）を用いた膜融合のin vitro膜融合解析から、Mfn2による外膜融合の分子機構の解明を目的としている。
令和5年度は、脂質が膜融合に与える影響について、詳細解析を行った。in vitro膜融合解析で用いるミトコンドリア外膜モデルリポソームは、複数の脂質で構成されている。ホスファチジルエタノールアミン（POPE）を含まないリポソームにMfn2を挿入した場合、膜融合活性の低下が観察された。さらにカルジオリピン（CL）を含まないリポソームにMfn2を挿入したところ、膜融合活性の著しい低下が観察された。CLを含まない小胞体モデルリポソームは、Mfn2を挿入しても膜融合活性を示さないが、CLを含んだ場合、GTPに依存した膜融合を観察することができた。これらの結果からMfn2による膜融合はCLにより促進することが分かった。一方、飽和型の炭化水素を含むCLを含むリポソームでは、膜融合活性の低下が観察されたことから、Mfn2による膜融合は膜の曲率や流動性に大きく影響を受けることが示唆された。
研究課題を始めた当初は、精製Mfn2の収量の低さ、Mfn2を含むリポソームの調製の難しさから、詳細な解析が困難であった。Mfn2のコドンユーセージの最適化、発現に用いるカイコの飼育方法の改良、界面活性剤の最適化により、高い融合活性を持つMfn2を含むリポソームの調製が可能となった。今後、脂質膜がMfn2の会合体形成、GTP加水分解に与える影響を明らかにすることで、外膜融合機構の更なる理解が進むことが期待できる。
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Report
(3 results)
Research Products
(10 results)
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[Book] The Lipid2021
Author(s)
伴匡人、今井綾、石原直忠
Total Pages
7
Publisher
メディカルレビュー
ISBN
9784779224430
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