mTORC1栄養シグナル制御の分子基盤解析

• Project Area: Integrative understanding of biological signaling networks based on mathematical science
• Project/Area Number: 17H06004
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Complex systems
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 岡田 雅人 大阪大学, 微生物病研究所, 教授 (10177058)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥11,700,000 (Direct Cost: ¥9,000,000、Indirect Cost: ¥2,700,000); Fiscal Year 2018: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000); Fiscal Year 2017: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
• Keywords: 栄養シグナル / mTORC1 / リソソーム / アミノ酸 / シグナル伝達 / 栄養学 / 癌 / 老化 / mTOR / Ragulator / Rag GTPase / 成長因子

Outline of Annual Research Achievements

真核細胞は、細胞内外からの栄養素を用いて生体物質を同化あるいは異化することによって生命を維持している。その制御において中心的な役割を担うのがmTORC1キナーゼである。mTORC1は、成長因子、細胞内エネルギー、アミノ酸に応答して活性調節され、生体物質の生合成やオートファジーを制御する。その活性調節には、膜アンカー複合体RagulatorとRag GTPaseが関与するが、それらの機能には不明な点が多く残されている。そこで本研究では、mTORC１シグナル伝達システムの制御機構の全貌解明とその破綻による疾患との関連性を統合的に理解することを目指して、構造生物学および生化学的手法によってmTORC1の制御機構の分子基盤を解析し以下の成果を得た。
まず、RagulatorとRagA/CのRoadblock domain（RD）との７者複合体のX線結晶構造解析に成功した。その構造より、Ragulatorのリソソーム膜アンカーであるp18が、いずれもRDからなる３種類のヘテロダイマー(p10-HBXIP、p14-MP1、RagA{RD}-RagC{RD})をリボン状にラッピングするきわめてユニークな構造をとることが明らかとなった。また、p18によりRDが一定方向に規則正しく並ぶことから、その構造が他の制御因子と特異的に相互作用することによりシグナル制御のプラットフォームとして機能する可能性が示唆された。そこで、Ragulatorの機能を検証するために、RagCおよびmTORC1をリソソーム膜に直接結合させる分子をp18欠損細胞に発現させて解析した結果、Rauglatorがアミノ酸によるRag GTPaseの活性制御を担う分子（GATOR１およびFLCN）の機能に必須であること、さらに、増殖因子シグナルにより制御されるTSC1/2の機能制御にも重要な役割を担うことが明らかとなった。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Src mediates TGF-β-induced intraocular pressure elevation in glaucoma. (2019)
  • Author(s): Tsukamoto T, Kajiwara K, Nada S, Okada M
  • Journal Title: J Cell Physiol. Volume: 234 Issue: 2 Pages: 1730-1744
  • DOI: 10.1002/jcp.27044
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Roles of Lamtor1 in Macrophages, CD4+ T-cells, and Regulatory T-cells. (2018)
  • Author(s): Kimura T, Kumanogoh A, Okada M
  • Journal Title: Critical reviews in immunology Volume: 38 Issue: 5 Pages: 403-414
  • DOI: 10.1615/critrevimmunol.2018028252
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Lysosomal Protein Lamtor1 Controls Innate Immune Responses via Nuclear Translocation of Transcription Factor EB. (2018)
  • Author(s): Hayama Y, Kimura T, Takeda Y, Nada S, Koyama S, Takamatsu H, Kang S, Ito D, Maeda Y, Nishide M, Nojima S, Sarashina-Kida H, Hosokawa T, Kinehara Y, Kato Y, Nakatani T, Nakanishi Y, Tsuda T, Koba T, Okada M, Kumanogoh A
  • Journal Title: J Immunol. Volume: 200 Pages: 3790-3800
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rheb localized on the Golgi membrane activates lysosome-localized mTORC1 at the Golgi lysosome contact site (2018)
  • Author(s): Feike Hao, Kazuhiko Kondo, Takashi Itoh, Sumiko Ikari, Shigeyuki Nada, Masato Okada, Takeshi Noda
  • Journal Title: J cell Science Volume: 131 Issue: 3 Pages: 208017-208017
  • DOI: 10.1242/jcs.208017
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Structural basis for the assembly of the Ragulator-Rag GTPase complex. (2017)
  • Author(s): Yonehara R, Nada S, Nakai T, Nakai M, Kitamura A, Ogawa A, Nakatsumi H, Nakayama KI, Li S, Standley DM, Yamashita E, Nakagawa A, Okada M.
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 8 Issue: 1 Pages: 1625-1625
  • DOI: 10.1038/s41467-017-01762-3
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Lamtor1 Is Critically Required for CD4+ T Cell Proliferation and Regulatory T Cell Suppressive Function. (2017)
  • Author(s): Hosokawa T, Kimura T, Nada S, Okuno T, Ito D, Kang S, Nojima S, Yamashita K, Nakatani T, Hayama Y, Kato Y, Kinehara Y, Nishide M, Mikami N, Koyama S, Takamatsu H, Okuzaki D, Ohkura N, Sakaguchi S, Okada M, Kumanogoh A.
  • Journal Title: J Immunol. Volume: 199 Issue: 6 Pages: 2008-2019
  • DOI: 10.4049/jimmunol.1700157
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] がん進展制御におけるSrcおよびmTORシグナルの役割 (2019)
  • Author(s): 岡田雅人
  • Organizer: 金沢大学がん進展制御研究所セミナー
  • Invited
• [Presentation] Molecular basis for the regulation of mTORC1 nutrient signaling (2019)
  • Author(s): 岡田雅人
  • Organizer: 「数理シグナル」第1回国際シンポジウム
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] がん発展におけるSrcチロシンキナーゼの立ち位置 (2018)
  • Author(s): 岡田雅人
  • Organizer: 第91回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] リソソーム膜上でのmTORC1栄養シグナルの制御機構 (2018)
  • Author(s): 岡田雅人
  • Organizer: 大阪大学蛋白質研究所セミナー
  • Invited
• [Presentation] リソソーム膜上でのmTORC1栄養シグナルの制御機構 (2018)
  • Author(s): 岡田雅人
  • Organizer: 阪大学蛋白質研究所セミナー
  • Invited
• [Presentation] mTORC1栄養シグナル制御の分子基盤解析 (2017)
  • Author(s): 岡田雅人
  • Organizer: 新学術領域研究「数理シグナル」領域推進会議
• [Presentation] リソソーム膜上におけるmTORC1シグナルの制御機構 (2017)
  • Author(s): 岡田雅人
  • Organizer: 第四回バイオシグナル研究会
  • Invited
• [Presentation] Ragulatorの構造とRagとの複合体形成機構 (2017)
  • Author(s): 名田 茂之、米原 涼、中井 昌弘、北村 彩佳、小川 輝、山下 栄樹、中川 敦史、岡田 雅人
  • Organizer: 2017年度生命科学系学会合同年次大会