膜運動におけるリン脂質の量的・質的変化の作用機序

• Project Area: Harmonized supramolecular machinery for motility and its diversity
• Project/Area Number: 15H01320
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Biological Sciences
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 申 惠媛 京都大学, 薬学研究科, 准教授 (10345598)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2016: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2015: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: 細胞膜 / リン脂質 / 膜変形 / 生体膜 / 細胞・組織 / 脂質 / 脂質二重層 / P4-ATPase

Outline of Annual Research Achievements

細胞運動における細胞膜の変形（細胞膜運動）は、従来細胞骨格やモータータンパク質を中心とするタンパク質間相互作用を通じて理解され、膜そのものを構成する脂質の量的・質的変化による膜運動は見過ごされてきた。本研究では、膜運動を生み出す脂質二重層間におけるリン脂質の量的・質的変化に着目し、その作用機序の解明を目的とした。P4-ATPaseは、リン脂質を外葉から内葉へとフリップすることで生体膜の非対称性を調節する。P4-ATPaseは輸送小胞の出芽や細胞運動に関与することが報告され、膜の曲率変化（膜運動）に必要であることが考えられていた。しかし、P4-ATPaseのリン脂質フリップ活性が膜変形（膜運動）に関与するのかは不明であった。細胞膜に存在するP4-ATPaseファミリーのATP10Aがホスファチジルコリンをflipすることを初めて明らかにした。さらに、ATP10Aを過剰発現すると細胞のサイズが小さくなり、細胞の細胞外基質への接着およびspreadingが遅延することを見出した。外葉に多いホスファチジルコリンの内葉へのflipが亢進することにより、脂質二重層のリン脂質バランスが崩れ細胞の接着およびspreadingが阻害されたと考えられた。したがって、細胞膜二重層間のリン脂質組成変化を介して細胞膜のダイナミクスが変化することを初めて示唆した。一方で、エンドソームに局在するP4-ATPaseであるATP9Aはエンドソームから細胞膜へのタンパク質輸送（メンブレントラフィック）に必要であることを明らかにした。したがって、P4-ATPaseは細胞膜および細胞内オルガネラにおいて時空間的な脂質二重層間の組成変化を介して膜運動（膜変形）を担っていると考えられる。P4-ATPaseの細胞膜運動（膜変形）の調節が細胞運動を含む細胞機能にどのようにかかわっているかを解明するのが今後の課題である。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Alteration of transbilayer phospholipid compositions is involved in cell adhesion, cell spreading, and focal adhesion formation (2016)
  • Author(s): Miyano R, Matsumoto T, Takatsu H, Nakayama K, Shin HW
  • Journal Title: FEBS Lett. Volume: 590 Issue: 14 Pages: 2138-2145
  • DOI: 10.1002/1873-3468.12247
  • NAID: 120007159976
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The phospholipid flippase ATP9A is required for the recycling pathway from the endosomes to the plasma membrane (2016)
  • Author(s): Tanaka Y, Ono N, Shima T, Tanaka G, Katoh Y, Nakayama K, Takatsu H, Shin HW
  • Journal Title: Mol. Biol. Cell Volume: 27 Issue: 24 Pages: 3883-3893
  • DOI: 10.1091/mbc.e16-08-0586
  • NAID: 120005997942
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Class I Arfs (Arf1 and Arf3) and Arf6 are localized to the Flemming body and play important roles in cytokinesis. (2016)
  • Author(s): Hanai, A., Ohgi, M., Yagi, C., Ueda, T., Shin, H.-W., and Nakayama, K.
  • Journal Title: Journal of Biochemistry Volume: 159 Issue: 2 Pages: 201-208
  • DOI: 10.1093/jb/mvv088
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ATP11C mutation is responsible for the defect in phosphatidylserine uptake in UPS-1 cells. (2015)
  • Author(s): Takada, N., Takatsu, H., Miyano, R., Nakayama, K., and Shin, H.-W.
  • Journal Title: Jounal of Lipid Research Volume: 56 Issue: 11 Pages: 2151-2157
  • DOI: 10.1194/jlr.m062547
  • NAID: 120005707794
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] COPI-mediated retrieval of SCAP is critical for regulating lipogenesis under basal and sterol-deficient conditions. (2015)
  • Author(s): Takashima, K., Saitoh, A., Funabashi, T., Hirose, S., Yagi, C., Nozaki, S., Sato, R., Shin, H.-W., and Nakayama, K.
  • Journal Title: Journal of Cell Science Volume: 128 Pages: 2805-2815
  • DOI: 10.1242/jcs.164137
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Phospholipid flippase ATP10A translocates phosphatidylcholine and is involved in plasma membrane dynamics. (2015)
  • Author(s): Naito, T., Takatsu, H., Miyano, R., Takada, N., Nakayama, K., and Shin, H.-W.
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 290 Issue: 24 Pages: 15004-15017
  • DOI: 10.1074/jbc.m115.655191
  • NAID: 120005690225
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] SNAP23/25 and VAMP2 mediate exocytic event of transferrin receptor-containing recycling vesicles. (2015)
  • Author(s): Kubo K, Kobayashi M, Nozaki S, Yagi C, Hatsuzawa K, Katoh Y, Shin HW, Takahashi S, Nakayama K
  • Journal Title: Biology Open Volume: 4 Issue: 7 Pages: 910-920
  • DOI: 10.1242/bio.012146
  • NAID: 120005997718
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Phorbol ester処理によるリン脂質フリッパーゼATP11Cの局在変化 (2017)
  • Author(s): 高山真裕
  • Organizer: 生体運動合同班会議2017
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2017-01-06
• [Presentation] Phospholipid flippase ATP10A, a member of type IV P-type ATPases, translocates phosphatidylcholine and is involved in plasma membrane dynamics (2016)
  • Author(s): 内藤明樹
  • Organizer: 2016 ASCB (the American Society for Cell Biology) Annual Meeting
  • Place of Presentation: San Francisco
  • Year and Date: 2016-12-03
• [Presentation] メンブレントラフィックによるP4-ATPaseの活性調節機構 (2016)
  • Author(s): 申 惠媛
  • Organizer: 第89回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2016-09-25
  • Invited
• [Presentation] リン脂質フリッパーゼATP11CのPKCによる制御機構 (2016)
  • Author(s): 高津宏之
  • Organizer: 第89回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2016-09-25
• [Presentation] P4-ATPaseによるリン脂質フリップが膜変形に与える影響 (2016)
  • Author(s): 高田直人
  • Organizer: 第89回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2016-09-25
• [Presentation] 細胞内リサイクリング経路におけるリン脂質フリッパーゼの機能解析 (2016)
  • Author(s): 田中祥城
  • Organizer: 生体運動合同班会議2016
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2016-01-08
• [Presentation] 細胞膜ホスファチジルコリンのフリップ・フロップと胆汁うっ滞症の関係 (2016)
  • Author(s): 田中雅久
  • Organizer: 生体運動合同班会議2016
  • Place of Presentation: 京都
  • Year and Date: 2016-01-08
• [Presentation] ホスファチジルセリン取り込み異常のCHO-K1変異株（UPS-1)におけるflippaseの発現解析 (2015)
  • Author(s): 高田直人
  • Organizer: 第88回日本生化学会大会・第38回日本分子生物学会合同大会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] COPI被覆小胞を介するSCAP-SREBP複合体のゴルジ体から小胞体への逆行輸送による脂質代謝の調節 (2015)
  • Author(s): 船橋輝樹
  • Organizer: 第88回日本生化学会大会・第38回日本分子生物学会合同大会
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] リン脂質flippaseであるP4-ATPaseの基質特異性と細胞機能の関係 (2015)
  • Author(s): 申 惠媛
  • Organizer: 第53回日本生物物理学会
  • Place of Presentation: 金沢
  • Year and Date: 2015-09-13
  • Invited
• [Presentation] リン脂質フリッパーゼATP10Aのフリップ活性および細胞膜ダイナミクスへの関与 (2015)
  • Author(s): 内藤明樹
  • Organizer: 第14回次世代を担う若手ファーマ・バイオフォーラム2015
  • Place of Presentation: 千葉大学
  • Year and Date: 2015-09-12
• [Presentation] リン脂質フリッパーゼATP10Aのフリップ活性および細胞膜ダイナミクスへの関与 (2015)
  • Author(s): 内藤明樹
  • Organizer: 第62回日本生化学会近畿支部例会
  • Place of Presentation: 立命館大学（滋賀県草津）
  • Year and Date: 2015-05-16
• [Book] Dojin BioScience Series 24メンブレントラフィック、8章Arfファミリーによるメンブレントラフィックの調節 (2016)
  • Author(s): 申 惠媛、中山和久
  • Total Pages: 16
  • Publisher: 化学同人
• [Remarks]
  • URL: http://www.pharm.kyoto-u.ac.jp/hshin/ShinPublications.html