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病変型mtDNAの選別・浄化におけるマイトファジー関連膜動態の役割

Publicly Offered Research

Project AreaMultidisciplinary research on autophagy: from molecular mechanisms to disease states
Project/Area Number 16H01209
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Biological Sciences
Research InstitutionKurume University

Principal Investigator

石原 直忠  久留米大学, 分子生命科学研究所, 教授 (10325516)

Project Period (FY) 2016-04-01 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000)
Fiscal Year 2017: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2016: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Keywordsミトコンドリア / 品質管理 / 膜融合 / 呼吸 / 脂質 / 細胞・組織 / 蛋白質 / オルガネラ分裂 / mtDNA / オートファジー
Outline of Annual Research Achievements

ミトコンドリアは融合と分裂を介した動的な動きの中でその機能が維持されている。この動きはミトコンドリアの品質を管理し正常に機能させるために重要だと考えられているが、その制御の分子機構及び意義はまだ十分には理解されていない。そこで本研究では、ミトコンドリアダイナミクスの意義の再検討を行い、オートファジーを介したミトコンドリア品質管理の基本原理の理解を目指して研究を進めている。
これまでに、ミトコンドリアが失活すると内膜融合因子OPA1が分解され融合活性を失うことを見い出している。そこでOPA1のミトコンドリア品質管理への関与を詳細に解析した。OPA1をカイコ幼虫発現系を用いて発現させ、ミトコンドリア品質管理への関与を試験管内及び培養細胞を用いて詳細に調べたところ、カルジオリピンがOPA1による膜融合に必須であることを見出した。OPA1を持たないミトコンドリアは、正常なミトコンドリアと融合可能であること、即ちOPA1の抑制だけでは障害ミトコンドリアの選別・排除には不十分であることが明らかになった。これらの結果から、OPA1と膜脂質の両面の変化からミトコンドリア品質が検知・選別されていることがわかった。
さらに、オートファジー関連遺伝子Atgを用いて、ミトコンドリアの膜融合を検出する新たな実験系を構築した。その解析から、小胞体から漏出するカルシウムイオンがMfnによるミトコンドリア融合を抑制しすることで、ミトコンドリアがマイトファジー分解に効率よく導かれることがわかった。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (23 results)

All 2018 2017 2016

All Journal Article (12 results) (of which Int'l Joint Research: 6 results,  Peer Reviewed: 7 results,  Open Access: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (11 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 4 results)

  • [Journal Article] Uncoupled mitochondria quickly shorten along their long axis to form indented spheroids, instead of rings, in a fission-independent manner.2018

    • Author(s)
      Miyazono Yoshihiro, Shingo Hirashima, Naotada Ishihara, Jingo Kusukawa, Kei-ichiro Nakamura, and Keisuke Ohta
    • Journal Title

      Scientific Report

      Volume: 8 Issue: 1 Pages: 350-350

    • DOI

      10.1038/s41598-017-18582-6

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      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] PARL paves the way to apoptosis.2017

    • Author(s)
      N. Ishihara and K. Mihara.
    • Journal Title

      Nat. Cell Biol.

      Volume: 19 Issue: 4 Pages: 263-265

    • DOI

      10.1038/ncb3504

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      2017 Annual Research Report 2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Aclarubicin, an anthracycline anti-cancer drug, fluorescently contrasts mitochondria and reduces the oxygen consumption rate in living human cells2017

    • Author(s)
      Iihoshi Haruka、Ishihara Takaya、Kuroda Shogo、Ishihara Naotada、Saitoh Hisato
    • Journal Title

      Toxicology Letters

      Volume: 277 Pages: 109-114

    • DOI

      10.1016/j.toxlet.2017.06.006

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Expression and purification of recombinant human L-OPA1 using BmNPV bacmid-silkworm expression system2017

    • Author(s)
      Ban Tadato、Ishihara Naotada
    • Journal Title

      Protocol Exchange

      Volume: -

    • DOI

      10.1038/protex.2017.053

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    • Open Access
  • [Journal Article] Cell-free mitochondrial fusion assay detected by specificprotease reaction revealed Ca2+ as regulator of mitofusin dependent mitochondrial fusion2017

    • Author(s)
      Ishihara N, Maeda M, Ban T, Mihara K.
    • Journal Title

      J Biochem

      Volume: 印刷中 Pages: 287-294

    • DOI

      10.1093/jb/mvx029

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    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Three-dimensional analysis of somatic mitochondrial dynamics in fission-deficient injured motor neurons using FIB/SEM2017

    • Author(s)
      Tamada H, Kiryu-Seo S, Hosokawa H, Ohta K, Ishihara N, Nomura M, Mihara K, Nakamura KI, Kiyama H
    • Journal Title

      Jounral of Comparative Neurology

      Volume: 印刷中 Issue: 11 Pages: 1-14

    • DOI

      10.1002/cne.24213

    • NAID

      120006343671

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      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] マイトファジーによるミトコンドリアの品質管理:どこまで明らかになったのか?2017

    • Author(s)
      石原直忠
    • Journal Title

      実験医学

      Volume: 35 Pages: 2563-257

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  • [Journal Article] ミトコンドリア形態変化の生理的意義2017

    • Author(s)
      伴 匡人、尾上 健太、石原 直忠
    • Journal Title

      医学のあゆみ

      Volume: 260 Pages: 18-23

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      2016 Annual Research Report
  • [Journal Article] D-Glutamate is metabolized in the heart mitochondria.2016

    • Author(s)
      M. Ariyoshi, M. Katane, K. Hamase, Y. Miyoshi, M. Nakane, A. Hoshino, Y. Okawa, Y. Mita, S. Kaimoto, M. Uchihashi, K. Fukai, K. Ono, S. Tateishi, D. Hato, R. Yamanaka, S. Honda, Y. Fushimura, E. Iwai-Kanai, N. Ishihara, M. Mita, H. Homma, and S. Matoba.
    • Journal Title

      Sci. Rep.

      Volume: 7 Issue: 1 Pages: 43911-43911

    • DOI

      10.1038/srep43911

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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Distinct types of protease systems are involved in homeostasis regulation of mitochondrial morphology via balanced fusion and fission.2016

    • Author(s)
      S. Saita, T. Ishihara, M.Maeda, S. Iemura, T. Natsume, K. Mihara and N. Ishihara.
    • Journal Title

      Genes Cells.

      Volume: 21 Issue: 1 Pages: 408-424

    • DOI

      10.1038/srep28331

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      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Synaptic dysfunction, memory deficits and hippocampal atrophy due to ablation of mitochondrial fission in adult forebrain neurons.2016

    • Author(s)
      B. Oettinghaus, J. Schulz, L. Restelli, C. Savoia, A. Schmidt, K. Schmitt, A. Grimm, L. Morè, J. Hench, M. Tolnay, A. Eckert, P. D'Adamo, P. Franken, N. Ishihara, K. Mihara, J. Bischofberger, L. Scorrano, S. Frank.
    • Journal Title

      Cell Death Differ.

      Volume: 23 Issue: 1 Pages: 18-28

    • DOI

      10.1038/cdd.2015.39

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      2016 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] ミトコンドリアのダイナミクスとその生理機能2016

    • Author(s)
      太田 あずさ、伴 匡人、石原 直忠
    • Journal Title

      脳21

      Volume: 19 Pages: 211-216

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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Molecular basis of selective mitochondrial fusion by heterotypic action between OPA1 and cardiolipin2017

    • Author(s)
      Tadato Ban and Naotada Ishihara
    • Organizer
      International Symposium on Autophagy,
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      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ミトコンドリアの動的な形態制御とその個体における生理的意義2017

    • Author(s)
      石原 直忠
    • Organizer
      日本卵子学会
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    • Invited
  • [Presentation] Selective mitochondrial fusion by heterotypic action between OPA1 and cardiolipin2017

    • Author(s)
      Tadato Ban, Katsuyoshi Mihara and Naotada Ishihara
    • Organizer
      EuroMit
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      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Selective mitochondrial fusion by heterotypic action between OPA1 and cardiolipin2017

    • Author(s)
      Tadato Ban and Naotada Ishihara
    • Organizer
      EMBO workshop, Mitochondrial quality control.
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      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ミトコンドリアのダイナミックな構造変化と筋組織形成2017

    • Author(s)
      石原直忠
    • Organizer
      日本宇宙生物学会
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    • Invited
  • [Presentation] ミトコンドリアの膜とゲノムの協調的な形態制御2016

    • Author(s)
      伴匡人、石原孝也、太田あずさ、石原直忠
    • Organizer
      第39回日本分子生物学会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2016-11-30
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  • [Presentation] ミトコンドリアの膜とmtDNAのダイナミクスを制御する因子の探索2016

    • Author(s)
      石原 孝也、石原 直忠
    • Organizer
      第39回日本分子生物学会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2016-11-30
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  • [Presentation] OPA1プロテオリポソームによるミトコンドリア内膜融合機構の解明2016

    • Author(s)
      伴匡人、石原直忠
    • Organizer
      第89回日本生化学会
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2016-09-27
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  • [Presentation] ミトコンドリアのGTPaseタンパク質による融合と分裂の制御2016

    • Author(s)
      石原直忠、河野裕翔、太田あずさ、伴匡人、石原孝也
    • Organizer
      第89回日本生化学会大会
    • Place of Presentation
      仙台
    • Year and Date
      2016-09-26
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      2016 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] ミトコンドリアの融合と分裂のバランス制御とその分子機構2016

    • Author(s)
      石原直忠、伴匡人、河野裕翔、石原孝也
    • Organizer
      第68回日本細胞生物学会大会
    • Place of Presentation
      京都
    • Year and Date
      2016-06-16
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      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 個体内でのミトコンドリアの融合と分裂の意義2016

    • Author(s)
      石原 直忠
    • Organizer
      第16回日本抗加齢医学会
    • Place of Presentation
      横浜
    • Year and Date
      2016-06-11
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      2016 Annual Research Report
    • Invited

URL: 

Published: 2016-04-26   Modified: 2018-12-17  

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