Integrated analysis for mitochondrial morphology

• Project/Area Number: 23K23562
• Project/Area Number (Other): 22H02296 (2022-2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2022-2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 38060:Applied molecular and cellular biology-related
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 宮本 崇史 筑波大学, 医学医療系, 助教 (50740346)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 高橋 伸一郎 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 教授 (00197146) ; 山本 雄介 国立研究開発法人国立がん研究センター, 研究所, ユニット長 (60768117)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2026-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000); Fiscal Year 2025: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2023: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2022: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
• Keywords: ミトコンドリア / ExAPC / 形態

Outline of Research at the Start

本研究では、情報因子としてミトコンドリアの『形態』が創り出す情報を『ミトコンドリア形態コード』として定義し、このコード情報がミトコンドリアの情報媒体としての性質を再編成することで、MRS経路やオルガネラコミュニケーションにどのような影響を与えるのかを、数理解析や機械学習、そしてそれを裏付ける分子生物学的手法を組み合わせて理解する。これにより、『ミトコンドリアの形態が情報因子として担っている生理学的・病理学的意義とは何か？』という本研究課題の核心をなす学術的「問い」に迫る。

Outline of Annual Research Achievements

ミトコンドリアの『形態』は様々な生理学的・病理学的事象の形成に寄与する『情報因子』の1つとして認識されつつあるが、その詳細は十分に理解されていない。そこで本研究ではまず、ミトコンドリアの『形態』が情報因子として担う役割を①『局在情報の改編』、②『反応場の改編』、③『特質の改編』に分類し、これらを『ミトコンドリア形態コード』として統合的に理解・記述することを目指す。さらにこのコード情報が、ミトコンドリアが情報媒体として中核的な役割を担うMitochondrial Retrograde Signaling Pathwayやオルガネラコミュニケーションに与える影響を、数理解析や機械学習、そしてそれを裏付ける分子生物学的手法を組み合わせて、包括的に解明することを目標とする。
2023年度は、2022年度に確立したラベルフリーイメージング技術によってミトコンドリアの形態解析を詳細に行った。その結果、ミトコンドリアの分裂と融合の過程において、ミトコンドリアが自身および他のミトコンドリアの状態を直接的・間接的に認識するメカニズムが存在する可能性を見出した。さらにミトコンドリアの膜電位を消失させた後のミトコンドリアの形態変化を観察した結果、その変化は細胞種によって異なるパターンを示すことを明らかにした。さらに同一細胞内においても、ミトコンドリアごとに応答性が異なることを見出した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

ミトコンドリアの形態コードに迫るための基盤技術が確立し、そのメカニズムを紐解くためのエビデンスを得られ始めたため。

Strategy for Future Research Activity

ミトコンドリアの分裂・融合時に、どのようにしてミトコンドリアが自身および他のミトコンドリアの状態を認識しているのか、その分子メカニズムを明らかにする。

Research Products

• [Journal Article] Genetic and Functional Analyses of Patients with Marked Hypo-High-Density Lipoprotein Cholesterolemia (2024)
  • Author(s): Furuta Yasuhisa、Osaki Yoshinori、Nakagawa Yoshimi、Han Song-Iee、Araki Masaya、Shikama Akito、Ohuchi Nami、Yamazaki Daichi、Suzuki Hiroaki、Shimano Hitoshi et al.
  • Journal Title: Journal of Atherosclerosis and Thrombosis Volume: 31 Issue: 9 Pages: 1304-1318
  • DOI: 10.5551/jat.64579
  • ISSN: 1340-3478, 1880-3873
  • Year and Date: 2024-09-01
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Label-free imaging of cellular organization in living mammalian cells via external apodization phase-contrast microscopy (2024)
  • Author(s): Sari Lay Nurhana、Miyamoto Takafumi et al.
  • Journal Title: bioRxiv Volume: -
  • DOI: 10.1101/2024.03.01.582671
  • Open Access
• [Journal Article] Activity-dependent glassy cell mechanics Ⅰ: Mechanical properties measured with active microrheology (2023)
  • Author(s): H. Ebata, K. Umeda, K. Nishizawa, W. Nagao, S. Inokuchi, Y. Sugino, T. Miyamoto, D. Mizuno
  • Journal Title: Biophysical Journal Volume: In press Issue: 10 Pages: 1781-1793
  • DOI: 10.1016/j.bpj.2023.04.011
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Obesity-induced metabolic imbalance allosterically modulates CtBP2 to inhibit PPAR-alpha transcriptional activity (2023)
  • Author(s): Saito K, Sekiya M, Kainoh K, Yoshino R, Hayashi A, Han SI, Araki M, Ohno H, Takeuchi Y, Tsuyuzaki T, Yamazaki D, Wanpei C, Hada L, Watanabe S, Paramita Adi Putri PI, Murayama Y, Sugano Y, Osaki Y, Iwasaki H, Yahagi N, Suzuki H, Miyamoto T, Matsuzaka T, Shimano H.
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 299 Issue: 7 Pages: 104890-104890
  • DOI: 10.1016/j.jbc.2023.104890
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Loss of CtBP2 may be a mechanistic link between metabolic derangements and progressive impairment of pancreatic β cell function (2023)
  • Author(s): Sekiya M, Ma Y, Kainoh K, Saito K, Yamazaki D, Tsuyuzaki T, Chen W, Adi Putri PIP, Ohno H, Miyamoto T, Takeuchi Y, Murayama Y, Sugano Y, Osaki Y, Iwasaki H, Yahagi N, Suzuki H, Motomura K, Matsuzaka T, Murata K, Mizuno S, Takahashi S, Shimano H.
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 42 Issue: 8 Pages: 112914-112914
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112914
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] <scp>GR‐KLF15</scp> pathway controls hepatic lipogenesis during fasting (2023)
  • Author(s): Takeuchi Y, Murayama Y, Aita Y, Mehrazad Saber Z, Karkoutly S, Tao D, Katabami K, Ye C, Shikama A, Masuda Y, Izumida Y, Miyamoto T, Matsuzaka T, Kawakami Y, Shimano H, Yahagi N.
  • Journal Title: The FEBS Journal Volume: 291 Issue: 2 Pages: 259-271
  • DOI: 10.1111/febs.16957
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Single-Cell Transcriptome Profiling of Pancreatic Islets From Early Diabetic Mice Identifies Anxa10 for Ca2+ Allostasis Toward β-Cell Failure (2023)
  • Author(s): Motomura K, Matsuzaka T, Shichino S, Ogawa T, Pan H, Nakajima T, Asano Y, Okayama T, Takeuchi T, Ohno H, Han SI, Miyamoto T, Takeuchi Y, Sekiya M, Sone H, Yahagi N, Nakagawa Y, Oda T, Ueha S, Ikeo K, Ogura A, Matsushima K, Shimano H.
  • Journal Title: Diabetes Volume: 73 Issue: 1 Pages: 75-92
  • DOI: 10.2337/db23-0212
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Rhomboid protease RHBDL4/RHBDD1 cleaves SREBP-1c at endoplasmic reticulum monitoring and regulating fatty acids (2023)
  • Author(s): Han Song-Iee、Nakakuki Masanori、Nakagawa Yoshimi、Takeda Hiroyuki、Mizunoe Yuhei、Kainoh Kenta、Murayama Yuki、Aita Yuichi、Takeuchi Yoshinori、Osaki Yoshinori、Miyamoto Takafumi、Sekiya Motohiro、Matsuzaka Takashi、Yahagi Naoya、Sone Hirohito、Daitoku Hiroaki、Sato Ryuichiro、Kawano Hiroyuki、Shimano Hitoshi
  • Journal Title: PNAS Nexus Volume: 2 Issue: 11 Pages: 1-14
  • DOI: 10.1093/pnasnexus/pgad351
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A case of NASH with genetic predisposition successfully treated with an SGLT2 inhibitor: a possible involvement of mitochondrial dysfunction. (2022)
  • Author(s): Nakajima R, Sekiya M, Furuta Y, Miyamoto T, Sato M, Fukuda K, et, al.
  • Journal Title: Endocrinol Diabetes Metab Case Rep. Volume: 22 Pages: 0368-0368
  • DOI: 10.1530/edm-22-0368
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Hepatocyte- or macrophage-specific SREBP-1a deficiency in mice exacerbates methionine- and choline-deficient diet-induced nonalcoholic fatty liver disease. (2022)
  • Author(s): Araki M, Nakagawa Y, Saito H, Yamada Y, Han SI, Mizunoe Y, Ohno H, Miyamoto T, Sekiya M, Matsuzaka T, Sone H, Shimano H.
  • Journal Title: Am J Physiol Gastrointest Liver Physiol Volume: 323 Issue: 6 Pages: 627-639
  • DOI: 10.1152/ajpgi.00090.2022
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Heat shock‐induced heme oxygenase‐1 expression in a mouse hepatoma cell line is dependent on <scp>HSF1</scp> and modified by <scp>NRF2</scp> and <scp>BACH1</scp> (2022)
  • Author(s): Inouye Sachiye、Kubo Takanori、Miyamoto Takafumi、Iyoda Takuya、Okita Naoyuki、Akagi Reiko
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 27 Issue: 12 Pages: 719-730
  • DOI: 10.1111/gtc.12986
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ELOVL5-mediated fatty acid elongation promotes cellular proliferation and invasion in renal cell carcinoma (2022)
  • Author(s): Nitta Satoshi、Kandori Shuya、Tanaka Ken、Sakka Shotaro、Siga Masanobu、Nagumo Yoshiyuki、Negoro Hiromitsu、Kojima Takahiro、Mathis Bryan J.、Shimazui Toru、Miyamoto Takafumi、Matsuzaka Takashi、Shimano Hitoshi、Nishiyama Hiroyuki
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 113 Issue: 8 Pages: 2738-2752
  • DOI: 10.1111/cas.15454
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Morphological and functional adaptation of pancreatic islet blood vessels to insulin resistance is impaired in diabetic db/db mice (2022)
  • Author(s): Okajima Yuka、Matsuzaka Takashi、Miyazaki Shun、Motomura Kaori、Ohno Hiroshi、Sharma Rahul、Shimura Takuya、Istiqamah Nurani、Han Song-iee、Mizunoe Yuhei、Osaki Yoshinori、Iwasaki Hitoshi、Yatoh Shigeru、Suzuki Hiroaki、Sone Hirohito、Miyamoto Takafumi、Aita Yuichi、Takeuchi Yoshinori、Sekiya Motohiro、Shimano Hitoshi
  • Journal Title: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease Volume: 1868 Issue: 4 Pages: 166339-166339
  • DOI: 10.1016/j.bbadis.2022.166339
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Rapid manipulation of mitochondrial morphology in a living cell with iCMM (2021)
  • Author(s): Miyamoto Takafumi、Uosaki Hideki、Mizunoe Yuhei、Han Song-Iee、Goto Satoi、Yamanaka Daisuke、Masuda Masato、Yoneyama Yosuke、Nakamura Hideki、Hattori Naoko、Takeuchi Yoshinori、Ohno Hiroshi、Sekiya Motohiro、Matsuzaka Takashi、Hakuno Fumihiko、Takahashi Shin-Ichiro、Yahagi Naoya、Ito Koichi、Shimano Hitoshi
  • Journal Title: Cell Reports Methods Volume: 1 Issue: 4 Pages: 100052-100052
  • DOI: 10.1016/j.crmeth.2021.100052
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] Rapid Manipulation of Mitochondrial Morphology in a Living Cell with iCMM (2023)
  • Author(s): Takafumi Miyamoto
  • Organizer: Gordon Research Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] イメージングメタアナリシスの現状と課題 (2022)
  • Author(s): 宮本崇史
  • Organizer: 第45回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] 情報因子としてのオルガネラ形態に対する理解と制御 (2022)
  • Author(s): 宮本崇史
  • Organizer: 第19回糖鎖科学コンソーシアムシンポジウム
  • Invited