Development of on-organelle protein trapping method to study the meanings of transient organelle localization of tumor-associated proteins

• Project Area: Chemical Approaches for Miscellaneous / Crowding Live Systems
• Project/Area Number: 18H04538
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 小松 徹 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 特任助教 (40599172)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2019: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000); Fiscal Year 2018: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: ケミカルバイオロジー / 創薬化学 / 分子夾雑

Outline of Annual Research Achievements

本研究領域では，分子夾雑の概念の下，細胞内に存在するタンパク質の局在不均一性と機能に関する詳細な理解の実現を目指し，そのオルガネラ膜「局時」局在の制御と理解をおこなう新手法の開発とこれによるがん関連タンパク質の新たな側面からの機能解明を目指す研究をおこなった．
有機小分子rapamycinを用いたタンパク質の二量体化の実験系を開発し，代表的なoncogeneであるKRasの膜局時局在のメカニズムを調べる研究をおこなうと共に，この方法論を様々なタンパク質の局在の制御，理解を可能とする実験系へと拡張を図った．
また，研究の過程で，ミトコンドリアと細胞膜に局在するタンパク質の間に二量体化を起こした際に，ミトコンドリアの限られた領域のみで二量体化が起こるという興味深い現象を見出した．この原因について精査を進め，これが，特定のミトコンドリアが細胞内で活発に移動しており，局時的に細胞膜と相互作用した際に，両者の間で二量体化が起こり，細胞膜近傍にトラップされているということを明らかにした．更に，領域内共同研究によって，その細胞の表現型への影響を精査した結果，細胞膜近傍にトラップされたミトコンドリアにおいて，その代謝活性が大きく変化するという興味深い知見を明らかにした．これは，ミトコンドリアの機能がその細胞内の位置によって制御される可能性を示すものであり，この興味深い知見について，令和２年度以降の分子夾雑領域の公募研究で更なる精査を進めていく予定である．

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Multiplexed single-molecule enzyme activity analysis for counting disease-related proteins in biological samples (2020)
  • Author(s): Shingo Sakamoto, Toru Komatsu, Rikiya Watanabe, Yi Zhang, Taiki Inoue, Mitsuyasu Kawaguchi, Hidehiko Nakagawa, Takaaki Ueno, Takuji Okusaka, Kazufumi Honda, Hiroyuki Noji, Yasuteru Urano
  • Journal Title: Science Advances Volume: 6 Issue: 11
  • DOI: 10.1126/sciadv.aay0888
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Separation-Based Enzymomics Assay for the Discovery of Altered Peptide-Metabolizing Enzymatic Activities in Biosamples (2019)
  • Author(s): Ichihashi Yuki、Komatsu Toru、Kyo Etsu、Matsuzaki Hiroyuki、Hata Keisuke、Watanabe Toshiaki、Ueno Tasuku、Hanaoka Kenjiro、Urano Yasuteru
  • Journal Title: Analytical Chemistry Volume: 91 Issue: 18 Pages: 11497-11501
  • DOI: 10.1021/acs.analchem.9b03016
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Metabolic-Pathway-Oriented Screening Targeting S-Adenosyl-l-methionine Reveals the Epigenetic Remodeling Activities of Naturally Occurring Catechols (2019)
  • Author(s): Ogihara Shusuke、Komatsu Toru、Itoh Yukihiro、Miyake Yuka、Suzuki Takayoshi、Yanagi Kouichi、Kimura Yusuke、Ueno Tasuku、Hanaoka Kenjiro、Kojima Hirotatsu、Okabe Takayoshi、Nagano Tetsuo、Urano Yasuteru
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 142 Issue: 1 Pages: 21-26
  • DOI: 10.1021/jacs.9b08698
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of ratiometric carbohydrate sensor based on boron dipyrromethene (BODIPY) scaffold (2019)
  • Author(s): Cheruthu Nusaiba Madappuram、Komatsu Toru、Ueno Tasuku、Hanaoka Kenjiro、Urano Yasuteru
  • Journal Title: Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters Volume: 29 Issue: 22 Pages: 126684-126684
  • DOI: 10.1016/j.bmcl.2019.126684
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development and validation of an improved diced electrophoresis gel assay cutter-plate system for enzymomics studies (2019)
  • Author(s): Komatsu Toru、Shimoda Masahiro、Kawamura Yukiko、Urano Yasuteru、Nagano Tetsuo
  • Journal Title: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Proteins and Proteomics Volume: 1867 Issue: 1 Pages: 82-87
  • DOI: 10.1016/j.bbapap.2018.06.004
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Development of a Series of Practical Fluorescent Chemical Tools To Measure pH Values in Living Samples (2018)
  • Author(s): Takahashi Shodai、Kagami Yu、Hanaoka Kenjiro、Terai Takuya、Komatsu Toru、Ueno Tasuku、Uchiyama Masanobu、Koyama-Honda Ikuko、Mizushima Noboru、Taguchi Tomohiko、Arai Hiroyuki、Nagano Tetsuo、Urano Yasuteru
  • Journal Title: Journal of the American Chemical Society Volume: 印刷中 Issue: 18 Pages: 5925-5933
  • DOI: 10.1021/jacs.8b00277
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Synthesis of unsymmetrical Si-rhodamine fluorophores and application to a far-red to near-infrared fluorescence probe for hypoxia (2018)
  • Author(s): Hanaoka Kenjiro、Kagami Yu、Piao Wen、Myochin Takuya、Numasawa Koji、Kuriki Yugo、Ikeno Takayuki、Ueno Tasuku、Komatsu Toru、Terai Takuya、Nagano Tetsuo、Urano Yasuteru
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 54 Issue: 50 Pages: 6939-6942
  • DOI: 10.1039/c8cc02451k
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] High-throughput single-molecule bioassay using micro-reactor arrays with a concentration gradient of target molecules (2018)
  • Author(s): Watanabe Rikiya、Komatsu Toru、Sakamoto Shingo、Urano Yasuteru、Noji Hiroyuki
  • Journal Title: Lab on a Chip Volume: 18 Issue: 18 Pages: 2849-2853
  • DOI: 10.1039/c8lc00535d
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Red-Shifted Fluorogenic Substrate for Detection of lacZ-Positive Cells in Living Tissue with Single-Cell Resolution (2018)
  • Author(s): Ito Hiroki、Kawamata Yu、Kamiya Mako、Tsuda-Sakurai Kayoko、Tanaka Shinji、Ueno Tasuku、Komatsu Toru、Hanaoka Kenjiro、Okabe Shigeo、Miura Masayuki、Urano Yasuteru
  • Journal Title: Angewandte Chemie International Edition Volume: 57 Issue: 48 Pages: 15702-15706
  • DOI: 10.1002/anie.201808670
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rapid detection of metastatic lymph nodes of colorectal cancer with a gamma-glutamyl transpeptidase-activatable fluorescence probe (2018)
  • Author(s): Kubo Hidemasa、Hanaoka Kenjiro、Kuriki Yugo、Komatsu Toru、Ueno Tasuku、Kojima Ryosuke、Kamiya Mako、Murayama Yasutoshi、Otsuji Eigo、Urano Yasuteru
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 8 Issue: 1 Pages: 17781-6942
  • DOI: 10.1038/s41598-018-36062-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Development Of Enzymomics Approach To Search For Disease-Related Alternation Of Enzymatic Functions (2020)
  • Author(s): Toru Komatsu
  • Organizer: iPoPS 2020
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 物質代謝の局所性の制御と理解を目指すケミカルバイオロジー研究 (2019)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: 第19回日本蛋白質科学会年会・第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会
  • Invited
• [Presentation] Diced electrophoresis gel 法を用いたがんにおけるペプチド代謝活性異常の網羅的解析 (2019)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: 日本プロテオーム学会2019年大会／第70回日本電気泳動学会総会
  • Invited
• [Presentation] 緑茶カテキンによる細胞内「メチル化」状態の制御と健康寿命 (2019)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: 科学的根拠に基づく健康寿命を延ばす会 第15回講演・研究会
  • Invited
• [Presentation] 酵素活性の網羅的探索（enzymomics）に基づく疾患関連タンパク質の探索 (2019)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] Diced electrophoresis gel 法を用いたがんにおけるペプチド代謝活性異常の網羅的解析 (2019)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: 第69回日本電気泳動学会シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 酵素活性の網羅的解析（enzymomics）による疾患関連タンパク質の探索 (2018)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: レドックス研究会2018
  • Invited
• [Presentation] Development of enzymomics approach to search for disease-related alternation of enzymatic functions (2018)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: Mass Spectrometry and Proteomics 2018 (MSP2018)
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ペプチド代謝活性の網羅的解析（enzymomics）による新規疾患関連タンパク質の探索 (2018)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: 新学術領域研究「化学コミュニケーションのフロンティア」第1回若手シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] ペプチド代謝活性の網羅的解析(enzymomics)による疾患関連タンパク質の探索 (2018)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: 第69回日本電気泳動学会総会
  • Invited
• [Presentation] 酵素活性の網羅的解析（Enzymomics）法による疾患関連タンパク質の探索 (2018)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: 第56回日本生物物理学会年会
  • Invited
• [Presentation] Development Of Enzymomics Approach To Search For Disease-Related Alternation Of Enzymatic Functions (2018)
  • Author(s): Toru Komatsu
  • Organizer: ICPAC Langkawi 2018
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 酵素活性の網羅的評価（enzymomics）による新規疾患関連タンパク質の探索 (2018)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: 第41回日本分子生物学会年会
  • Invited
• [Presentation] Diced Electrophoresis Gel (DEG) 法を用いた癌細胞における活性異常酵素の探索 (2018)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: 第38回 キャピラリー電気泳動シンポジウム (SCE2018)
  • Invited
• [Presentation] 分子夾雑の理解に基づく癌関連タンパク質のオルガネラ膜局時局在機構の解明と制御 (2018)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: 新学術領域研究「分子夾雑の生命化学」関東地区シンポジウム
  • Invited
• [Presentation] 酵素のはたらきを「視る」手法を開発して新たな疾患関連タンパク質を「探す」 (2018)
  • Author(s): 小松徹
  • Organizer: ITbM/IGER Chemistry Workshop 2018 - Exploring the Science with Molecules
  • Invited