| Project/Area Number |
22K06300
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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 44040:Morphology and anatomical structure-related
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| Research Institution | Nagoya University (2023-2024)
Fukushima Medical University (2022) |
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Principal Investigator |
荒井 律子 名古屋大学, 医学系研究科(保健), 講師 (10342742)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | マイトファジー / ミトコンドリア / 隔離膜 / 微細形態 / オートファジー / 光-電子相関顕微鏡法 / 電子顕微鏡 / オルガネラ膜 / 3Dモデル |
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| Outline of Research at the Start |
『マイトファジー』とは、細胞内大規模分解系であるオートファジーを介してミトコンドリアを選択的に分解する現象である。最近、鉄欠乏もしくは低酸素ストレスのような生理学的環境変化によって、ミトコンドリア構造の一部が『隔離膜』によってかじりとられる‘ピースミール’マイトファジーが発動することが分かってきた。この新たなマイトファジーは、癌の進行、虚血性疾患、赤血球分化などに関係している可能性があるが、細胞レベルにおけるマイトファジー進行機序については、未だ知見に乏しい。この生理学的重要性および新奇性に富むオルガネラバイオロジーの謎に答えるために、関連分子の機能解析を伴う高度な微細形態学的研究を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
『マイトファジー』とは、細胞内大規模分解系であるオートファジーを介してミトコンドリアを選択的に分解する現象であり、ミトコンドリア機能の異常性から生体を守ろうとする重要な細胞応答機構である。近年になり、鉄欠乏もしくは低酸素ストレスのような生理学的環境変化によって、ミトコンドリア構造の一部がかじりとられる‘ピースミール’マイトファジーが誘起されることが分かってきた。この時小胞体を介して新生される『隔離膜』がミトコンドリアの標的領域を隔離するはずであるが、その膜構造変化の詳細については不明な点が多く残されている。本研究では同マイトファジーの進行プロセスを微細形態学的な見地から明らかにすることを目的としている。
マイトファジー研究の歴史は古く、Parkinタンパク質を人工的に発現させたHeLa細胞に対してCCCP（ミトコンドリアの膜電位を消失させる薬剤）処理を行うと、ミトコンドリアの断片化が劇的に生じ、その断片を隔離膜が囲い込むことが知られていた。この時ミトコンドリア表面においてParkinによるミトコンドリア膜タンパク質のポリユビキチン化が進行しており、そのポリユビキチン鎖を認識して隔離膜を受け取るタンパク質（隔離膜受容体：OPTNやNDP52など）が集積することが知られている。本年度はHeLa細胞を用いて、CCCP誘導および低酸素・鉄欠乏誘導マイトファジーにおける微細形態学的比較解析を行った。その結果、前者ではミトコンドリア表面と隔離膜の間に数十ナノメートルの‘隙間’が生じているのに対し、後者ではミトコンドリア表面と隔離膜の密着度が優位に高くなっていることが分かった。昨年度までにミトコンドリア外膜タンパク質であり隔離膜受容体でもあるBNIP3/NIXが隔離膜を直接繋ぎとめている証拠を示してきたが、今年度の成果によってその実際のプロファイルを明確に区別することに成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究計画では、これまでに独自に改良・確立した電子顕微鏡法－隔離膜検出のための特殊固定法、電子線トモグラフィー、CLEM（光-電子相関顕微鏡法）、免疫電子顕微鏡法－の複合的応用利用を図り、哺乳類細胞ピースミールマイトファジーにおける隔離膜構築過程と機能分子の役割を3次元微細形態モデル上で同時に明らかにすることを目的としている。昨年度までに、隔離膜検出のための特殊固定法（アルデヒド・四酸化オスミウム混合液による細胞固定）と電子線トモグラフィーを組み合わせたマイトファジー像の3次元解析、および、ミトコンドリア上での隔離膜密着伸長に関わる因子に関するCLEM（光-電子相関顕微鏡法）解析を進展させた。本年度はピースミールマイトファジーにおける新たな側面からの微細形態学的特性を明らかにすることができたため、生理学的重要性を有するマイトファジープロセスの研究をさらに前進させることができたといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
独自に改良・確立した電子顕微鏡法－隔離膜検出のための特殊固定法、電子線トモグラフィー、CLEM（光-電子相関顕微鏡法）－を駆使して進めてきたこれまでの研究データのブラッシュアップを行う。さらに、免疫電子顕微鏡法－を用いて、ピースミールマイトファジーに関与すると考えられる分子（小胞体膜の脂質構成変化と新生膜構築の開始に関わると考えられる分子、小胞体から隔離膜への脂質供給を担うと考えられる分子、および、隔離膜のクロージングとミトコンドリア膜の分断に関与する可能性のある分子）の役割について解析を進める。以上の解析により、小胞体から隔離膜新生における脂質変換メカニズムおよび隔離膜伸長と並行して起こるミトコンドリア構造の部分隔離の完了に至るメカニズムについて、分子細胞生物学的・微細形態学的新奇知見を得る。本研究計画全体を通して得られる成果は、鉄欠乏・低酸素ストレスに対応するためのミトコンドリア機能調節を解明する上で極めて重要な位置を占めると考えられる。次年度は全成果を統合し、関連学会および国際的学術誌上にて発表する。
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