Programmable Biocomputing Systems for Organelle Morphology

• Project Area: Toward an integrative understanding of functional zones in organelles
• Project/Area Number: 18H04854
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 宮本 崇史 筑波大学, 医学医療系, 助教 (50740346)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000); Fiscal Year 2019: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000); Fiscal Year 2018: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
• Keywords: 合成生物学 / iCOM / AMPK / オルガネラ / オルガネラの形態 / バイオコンピューター

Outline of Annual Research Achievements

(1) ミトコンドリア外膜上におけるAMPKゾーンの解析
AMP-activated protein kinase (AMPK)は細胞質や様々なオルガネラ膜上に局在する基質をリン酸化することで、多彩な細胞機能の制御に関与している。しかしオルガネラ膜上に存在する複数の基質をどのようにして選択的にリン酸化しているのかは十分に理解されていない(Herzig and Shaw. Nat Rev Mol Cell Biol.2018)。そこで我々はミトコンドリアとリソソーム膜上におけるAMPKの活性レベルをgenetically-encoded FRET biosensor (Miyamoto et al. Cell Rep. 2015)を用いて高い空間分解能で可視化する手法の開発を行った。その結果、ミトコンドリアやリソソーム外膜上におけるAMPKの活性レベルは不均一であることを見出した。これは、AMPKは少なくともミトコンドリアやリソソーム外膜上においては特定の活性領域（AMPKゾーン）を形成していることを示唆する初めての発見であり、AMPKの基質選択メカニズムの解明につながると考えている。
(2) オルガネラの形態操作法iCOMの開発
オルガネラは細胞内で複雑な構造を形成しており、その形はオルガネラの機能と関連していることが知られている。しかしオルガネラの形態自体にどういった生物情報がコードされているのかは十分に理解されていない。そこで我々は秒から分のオーダーでオルガネラの形態を変化させることができるinducible Counter Organelle Morphology (iCOM)の開発を行った。その結果、ミトコンドリアや小胞体の形態を様々な別の形へ変える手法の開発に成功し、特許出願も行った。

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] Transcriptional co-repressor CtBP2 orchestrates epithelial-mesenchymal transition through a novel transcriptional holocomplex with OCT1 (2020)
  • Author(s): Ma Yang、Sekiya Motohiro、Kainoh Kenta、Matsuda Takaaki、Iwasaki Hitoshi、Osaki Yoshinori、Sugano Yoko、Suzuki Hiroaki、Takeuchi Yoshinori、Miyamoto Takafumi、Yahagi Naoya、Nakagawa Yoshimi、Matsuzaka Takashi、Shimano Hitoshi
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications Volume: 523 Issue: 2 Pages: 354-360
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2019.12.070
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Hepatocyte ELOVL Fatty Acid Elongase 6 Determines Ceramide Acyl‐Chain Length and Hepatic Insulin Sensitivity in Mice (2020)
  • Author(s): Matsuzaka T、Kuba M、Koyasu S、Yamamoto Y、Motomura K、Arulmozhiraja S、Ohno H、Sharma R、Shimura T、Okajima Y、Han SI、Aita Y、Mizunoe Y、Osaki Y、Iwasaki H、Yatoh S、Suzuki H、Sone H、Takeuchi Y、Yahagi N、Miyamoto T、Sekiya M、Nakagawa Y、Ema M、Takahashi S、Tokiwa H、Shimano H
  • Journal Title: Hepatology Volume: 71 Issue: 5 Pages: 1609-1625
  • DOI: 10.1002/hep.30953
  • NAID: 120007132717
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ROCK 1 as a new player in the regulation of hepatic lipogenesis (2019)
  • Author(s): Miyamoto Takafumi、Matsuzaka Takashi、Shimano Hitoshi
  • Journal Title: Journal of Diabetes Investigation Volume: - Issue: 5 Pages: 1165-1167
  • DOI: 10.1111/jdi.13051
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Octacosanol and policosanol prevent high-fat diet-induced obesity and metabolic disorders by activating brown adipose tissue and improving liver metabolism (2019)
  • Author(s): Sharma Rahu, Takafumi Miyamoto, et al.
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Issue: 1 Pages: 5169-5169
  • DOI: 10.1038/s41598-019-41631-1
  • NAID: 120007133465
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Glucocorticoid receptor suppresses gene expression of Rev-erbα (Nr1d1) through interaction with the CLOCK complex (2019)
  • Author(s): Murayama Yuki, Takafumi Miyamoto, et al.
  • Journal Title: FEBS Letters Volume: 593 Issue: 4 Pages: 423-432
  • DOI: 10.1002/1873-3468.13328
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cellular Application of Genetically Encoded Sensors and Impeders of AMPK (2018)
  • Author(s): Miyamoto Takafumi、Rho Elmer、Kim Allen、Inoue Takanari
  • Journal Title: Methods Mol Biol. Volume: - Pages: 255-272
  • DOI: 10.1007/978-1-4939-7598-3_17
  • ISBN: 9781493975976, 9781493975983
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 細胞機能を自在に制御する技術の開発 (2019)
  • Author(s): 宮本崇史
  • Organizer: 日本分子生物学会
  • Invited
• [Presentation] Argininosuccinate synthase 1 is an intrinsic Akt repressor transactivated by p53 (2019)
  • Author(s): Takafumi Miyamoto
  • Organizer: Gordon Research Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Patent(Industrial Property Rights)] オルガネラの形態操作方法、オルガネラ形態変化用キット、オルガネラ形態操作のための細胞構成物質を使用した論理回路、およびアクチュエータータンパク質 (2019)
  • Inventor(s): 宮本崇史、松坂賢、島野仁
  • Industrial Property Rights Holder: 宮本崇史、松坂賢、島野仁
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2019-211266
  • Filing Date: 2019