ミトコンドリア分解からみた体温調節機構の解析

• Project Area: Integrative understanding of biological phenomena with temperature as a key theme
• Project/Area Number: 16H01384
• 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: Niigata University
• Principal Investigator: 神吉 智丈 新潟大学, 医歯学系, 教授 (50398088)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2018-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2017)
• Budget Amount: ¥8,970,000 (Direct Cost: ¥6,900,000、Indirect Cost: ¥2,070,000); Fiscal Year 2017: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2016: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
• Keywords: ミトコンドリア / オートファジー / 褐色細胞 / 熱産生 / 環境 / 生体分子 / 白色脂肪細胞

Outline of Annual Research Achievements

マイトファジーは、細胞内の唯一のミトコンドリア分解機構である。白色脂肪組織中の褐色脂肪“様”細胞（以下、ベージュ細胞）には、ミトコンドリアと熱産生に関わるミトコンドリア脱共役タンパク質が非常に多く存在し、重要な熱産生器官として働く。ベージュ細胞は、低温刺激により白色脂肪細胞から分化転換することで発生し、温暖環境へ順応する過程で白色脂肪細胞へ退行する。こうした白色脂肪組織で起こるベージュ細胞の増減は、重要な環境温度への順応機構であるが、この過程で必ずダイナミックなミトコンドリア量の増減を伴っている。ミトコンドリア量の増減は、ミトコンドリア生合成と分解のバランスで成り立つが、本研究では、ミトコンドリア分解、即ちマイトファジーを研究し、このミトコンドリア量の変化のメカニズムと意義の解明を試みることを目的に実験を行い、以下の実験成果を得ることができた。
マイトファジー観察用に蛍光タンパク質を発現させたマウスを樹立しており、このマウスを用いて飼育環境を温暖環境→低温環境→温暖環境と変化させた時、脂肪組織を観察し、低温環境では白色脂肪細胞内のミトコンドリアが急激に増加しベージュ細胞様になること、低温環境から温暖環境に戻すとマイトファジーが誘導され、徐々にミトコンドリア量が減少し白色脂肪細胞に戻っていくことを観察することを成功した。さらに、マイトファジー観察用マウスの鼠径部白色脂肪組織から単離した白色脂肪細胞前駆細胞を脂肪細胞へと分化させる実験系を確立し、この実験系で環境温度応答と同等の誘導刺激を与えたところ、個体で認められた結果と同様にマイトファジーが誘導されることを明らかにすることができた。こうした結果から、低温環境でベージュ細胞化した白色脂肪細胞が、温暖環境下で白色脂肪細胞となるときにはマイトファジーが誘導され、ミトコンドリア量の調節が行われていると結論付けた。

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。

Research Products

• [Journal Article] Cdc14 Phosphatase Promotes TORC1-Regulated Autophagy in Yeast (2018)
  • Author(s): Kondo Akihiro、Mostofa Md. Golam、Miyake Katsuya、Terasawa Mashu、Nafisa Islam、Yeasmin Akter M.S.T.、Waliullah Talukdar Muhammad、Kanki Tomotake、Ushimaru Takashi
  • Journal Title: Journal of Molecular Biology Volume: 印刷中 Issue: 11 Pages: 1671-1684
  • DOI: 10.1016/j.jmb.2018.04.007
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanisms and Physiological Roles of Mitophagy in Yeast (2018)
  • Author(s): Tomoyuki Fukuda、Tomotake Kanki
  • Journal Title: Mol. Cells Volume: 41 Pages: 35-44
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] How autophagy eats large mitochondria; autophagosome formation coupled with mitochondrial fragmentation (2017)
  • Author(s): Shun-ichi Yamashita and Tomotake Kanki
  • Journal Title: Autophagy Volume: 印刷中 Issue: 5 Pages: 980-981
  • DOI: 10.1080/15548627.2017.1291113
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Detection of Hypoxia-Induced and Iron Depletion-Induced Mitophagy in Mammalian Cells. (2017)
  • Author(s): Yamashita SI, Kanki T.
  • Journal Title: Methods Mol Biol. Volume: 印刷中 Pages: 141-149
  • DOI: 10.1007/7651_2017_19
  • ISBN: 9781493977499, 9781493977505
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Mitophagy in Yeast: A Screen of Mitophagy-Deficient Mutants. (2017)
  • Author(s): Furukawa K, Kanki T.
  • Journal Title: Methods Mol Biol. Volume: 印刷中 Pages: 95-104
  • DOI: 10.1007/7651_2017_13
  • ISBN: 9781493977499, 9781493977505
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Mitochondrial division occurs concurrently with autophagosome formation but independently of Drp1 during mitophagy. (2016)
  • Author(s): Yamashita SI, Jin X, Furukawa K, Hamasaki M, Nezu A, Otera H, Saigusa T, Yoshimori T, Sakai Y, Mihara K, Kanki T.
  • Journal Title: J Cell Biol. Volume: 215 Issue: 5 Pages: 649-665
  • DOI: 10.1083/jcb.201605093
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Constitutive activation of PINK1 leads to proteasome-mediated and non-apoptotic cell death independently of mitochondrial autophagy (2016)
  • Author(s): Akabane, S., Matsuzaki, K., Yamashita, S-I, Arai, K., Okatsu, K., Kanki, T., Matsuda, N., and Oka, T.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 291 Issue: 31 Pages: 16162-16174
  • DOI: 10.1074/jbc.m116.714923
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Presentation] 出芽酵母におけるミトコンドリア オートファジーの分子機構 (2017)
  • Author(s): 神吉智丈
  • Organizer: 日本植物学会第81回大会
  • Invited
• [Presentation] ミトコンドリア分解を制御するリン酸化 (2017)
  • Author(s): 神吉智丈
  • Organizer: ConBio2017(2017 年度 生命科学系学会合同年次大会)
• [Presentation] Drp1-independent mitochondrial division for mitophagy occurs concurrently with autophagosome formation (2016)
  • Author(s): Tomotake Kanki
  • Organizer: The 4th Sino-Japan Symposium on Autophagy
  • Place of Presentation: 中国・北京
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 新潟大学大学院医歯学総合研究科機能制御学分野
  • URL: http://www.med.niigata-u.ac.jp/mit/