Mechanism of nonvesicular lipid domain component transport and significance of multi-transport systems

• Project/Area Number: 23K26868
• Project/Area Number (Other): 23H02175 (2023)
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund (2024); Single-year Grants (2023)
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 38060:Applied molecular and cellular biology-related
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: 船戸 耕一 広島大学, 統合生命科学研究科(生), 准教授 (30379854)
• Project Period (FY): 2023-04-01 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥18,590,000 (Direct Cost: ¥14,300,000、Indirect Cost: ¥4,290,000); Fiscal Year 2026: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000); Fiscal Year 2025: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000); Fiscal Year 2024: ¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000); Fiscal Year 2023: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
• Keywords: 脂質ドメイン / セラミド / 非小胞輸送 / 膜接触領域 / 脂肪滴 / アシルセラミド / 小胞体 / ゴルジ体 / 酵母

Outline of Research at the Start

オルガネラの形成には脂質が過不足なく供給されなければならず、オルガネラ間の脂質分子の輸送システムは基本的な生命現象を支えるものとして極めて重要である。セラミドはCOPII小胞を介した小胞輸送と輸送小胞を介さない非小胞輸送の2つの並行した経路によって小胞体からゴルジ体へ運ばれる。しかし、セラミドが小胞体から直接ゴルジ体へ運ばれるのか、他のオルガネラを介してあるいはセラミド代謝物の形で運ばれるのかは不明である。本研究では、申請者が最近見出したセラミドの非小胞輸送に関与するトリカルビンの欠損株でアシルセラミドの量と脂肪滴が増加する知見に着目し、セラミドの非小胞輸送機構の全容と存在意義を解明する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究目的を達成するために、初年度は先ず、脂肪滴の形成に関与する遺伝子と小胞輸送をブロックするsec変異との多重変異株を作製し、脂肪滴の形成が小胞輸送非依存的なセラミド輸送に関与しているか解析した。セラミドはゴルジ体へ運ばれるとイノシトールリン酸セラミド（IPC）合成酵素によってIPCへ変換される。脂肪滴がセラミドの非小胞輸送に関与するなら、sec変異単独株より強いIPC合成の低下が多重変異株で観察されるはずである。そこで、放射能標識したイノシトールを用いてIPCの合成量を解析したところ、多重変異株で著しい低下が観察されたことから、脂肪滴がセラミドの非小胞輸送に関与することが示唆された。また、申請者は以前にセラミドの非小胞輸送に関与する小胞体常在タンパク質トリカルビンが小胞体とゴルジ体の接触領域に輝点として局在することを明らかにしたので、本研究では輝点の数における脂肪滴の役割を調べた。その結果、トリカルビンの輝点の数は脂肪滴の形成に依存することが分かり、トリカルビンの接触領域へ局在は脂肪滴によって調節されている可能性が示唆された。

Current Status of Research Progress

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

Reason

本年度の研究実施計画で提案していた課題、1) セラミドの非小胞輸送における脂肪適の関与の有無、2) セラミドの非小胞輸送に関与するトリガルビンの局在解析について、いずれも予定通り解析を実施することが出来た。従って、当初の計画通りに進んでいる。

Strategy for Future Research Activity

トリカルビンの他に、酵母のNvj2はセラミドの非小胞輸送に関与することが知られている。そこで、次年度はNvj2がトリカルビンと共局在するかどうか調べる。また、我々はトリカルビンが小胞体、ゴルジ体と脂肪滴の3つのオルガネラが近接している領域に局在していることを見出している。従って、Nvj2が脂肪滴に局在するかどうかも調べる。さらに、Nvj2の局在をトリカルビンが調節しているかについて解析する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University of Seville(スペイン)
• [Journal Article] Protein sorting upon exit from the endoplasmic reticulum dominates Golgi biogenesis in budding yeast (2024)
  • Author(s): Sasaki Saku、Schlarmann Philipp、Hanaoka Kazuki、Nishii Hinako、Moriya Hisao、Mu?iz Manuel、Funato Kouichi
  • Journal Title: FEBS Letters Volume: 598 Issue: 5 Pages: 548-555
  • DOI: 10.1002/1873-3468.14830
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Membrane contact sites regulate vacuolar fission via sphingolipid metabolism (2024)
  • Author(s): Hanaoka Kazuki、Nishikawa Kensuke、Ikeda Atsuko、Schlarmann Philipp、Sasaki Saku、Fujii Sotaro、Yamashita Sayumi、Nakaji Aya、Funato Kouichi
  • Journal Title: eLife Volume: 12
  • DOI: 10.7554/elife.89938
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Ceramide sorting into non-vesicular transport is independent of acyl chain length in budding yeast. (2024)
  • Author(s): Schlarmann Philipp, Hanaoka Kazuki, Ikeda Atsuko, Muniz Manuel, Funato Kouichi.
  • Journal Title: Biochem Biophys Res Commun. Volume: 715 Pages: 149980-149980
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2024.149980
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Vacuole membrane contact sites regulate liquid‐ordered domain formation during glucose starvation (2023)
  • Author(s): Sakuragi Keiko、Schlarmann Philipp、Ikeda Atsuko、Funato Kouichi
  • Journal Title: FEBS Letters Volume: Online ahead of print. Issue: 11 Pages: 1462-1468
  • DOI: 10.1002/1873-3468.14621
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] TORC を介したシグナル伝達経路に関与する新規キナーゼの探索 と機能解析 (2023)
  • Author(s): 伊藤 栞、後田梨緒、池田敦子、船戸耕一
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム第56回研究報告会
• [Presentation] Membrane contact sites with lipid droplets stimulate non- vesicular transport of ceramide (2023)
  • Author(s): Philipp Schlarmann、Atsuko Ikeda、ZhiGang Piao、Kouichi Funato
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム第56回研究報告会
• [Presentation] 短鎖スフィンゴ脂質合成株の解析から見えてきた“脂質依存的オートファジー制御機構” (2023)
  • Author(s): 佐々木咲、池田敦子、Shobhna Kapoor、船戸耕一
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム第56回研究報告会
• [Presentation] 核-液胞接合部(NVJ)を介したスフィンゴ脂質による液胞分裂制御機構 (2023)
  • Author(s): 花岡和樹、Philipp Schlarmann、池田敦子、船戸耕一
  • Organizer: 学会創立 100 周年記念 日本農芸化学会 2023 年度中四国・西日本支部合同大会
• [Presentation] スフィンゴ脂質鎖長がオルガネラの形態や量に及ぼす影響 (2023)
  • Author(s): 佐々木咲、花岡和樹、池田敦子、船戸耕一
  • Organizer: 学会創立 100 周年記念 日本農芸化学会 2023 年度中四国・西日本支部合同大会
• [Presentation] Membrane contact sites regulate vacuolar fission via sphingolipid metabolism. (2023)
  • Author(s): Atsuko Ikeda, Kazuki Hanaoka1, Kensuke Nishikawa1, Philipp Schlarmann, Sayumi Yamashita, Aya Nakaji, Sotaro Fujii, Kouichi Funato
  • Organizer: Cold Spring Harbor Asia conference on Yeast and Life Sciences （CSHA meeting 『酵母と生命科学』）
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] グルコース感知とシグナル伝達におけるメンブランコンタクトサイトの役割 (2023)
  • Author(s): Philipp Schlarmann，櫻木桂子，池田敦子，金井 宗良，船戸耕一
  • Organizer: 第40回YEAST WORKSHOP
• [Presentation] TORC2 はスフィンゴ脂質を介して液胞膜 Lo ドメインの形成を制御する (2023)
  • Author(s): 櫻木桂子，池田敦子，船戸耕一
  • Organizer: 第40回YEAST WORKSHOP
• [Presentation] GPI アンカー型タンパク質の輸送に関与するPBR1 の機能解析 (2023)
  • Author(s): 花岡和樹，池田敦子，船戸耕一
  • Organizer: 第40回YEAST WORKSHOP
• [Presentation] オートファジーにおける‘‘脂質依存的‘‘制御機構の解明 (2023)
  • Author(s): 佐々木 咲，池田敦子，船戸耕一
  • Organizer: 第40回YEAST WORKSHOP
• [Presentation] TORC を介したシグナル伝達経路に関与するFMP48 の機能解析 (2023)
  • Author(s): 伊藤 栞，後田梨緒，池田敦子，船戸耕一
  • Organizer: 第40回YEAST WORKSHOP
• [Presentation] 小胞体-ゴルジ体間の双方向輸送を調節する脂質の役割 (2023)
  • Author(s): 楊 舒茵，伊藤 栞，池田敦子，船戸耕一
  • Organizer: 第40回YEAST WORKSHOP
• [Presentation] GPI リモデリングは Lo ドメイン形成を介してオートファジーを制御する (2023)
  • Author(s): 楊 宇佳，花岡和樹，池田敦子，船戸耕一
  • Organizer: 第40回YEAST WORKSHOP
• [Presentation] ER-Golgi 間小胞輸送における TORC1 関連キナーゼ Nnk1 の役割 (2023)
  • Author(s): 堂免朝日，佐野美咲，池田敦子，船戸耕一
  • Organizer: 第40回YEAST WORKSHOP
• [Presentation] ER-Golgi 間小胞輸送におけるYIP3 とレティキュロンの役割 (2023)
  • Author(s): 井口瑞希，池間諒子，池田敦子，船戸耕一
  • Organizer: 第40回YEAST WORKSHOP
• [Remarks] 細胞の謎解き！オルガネラ膜接触部位が液胞の数を変える鍵となる！
  • URL: https://www.hiroshima-u.ac.jp/news/78259