メンブレントラフィックによるEGFRシグナルの時空間制御

• Project Area: Integrative understanding of biological signaling networks based on mathematical science
• Project/Area Number: 19H04958
• 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: Nagoya University
• Principal Investigator: 花房 洋 名古屋大学, 理学研究科, 准教授 (00345844)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥10,530,000 (Direct Cost: ¥8,100,000、Indirect Cost: ¥2,430,000); Fiscal Year 2020: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000); Fiscal Year 2019: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: LRRK1 / EGFR / membrane traffic / endosome / rab7

Outline of Research at the Start

本研究では以下の３点に焦点を絞り、メンブレントラフィックによるEGFRシグナルの時空間制御機構を明らかにしたい。
（１）メンブレントラフィックを介したEGFRシグナル制御の数理モデル構築
（２）ERK活性振動性に対するエンドソームの役割の解明
（３）小胞体(ER)－エンドソームコンタクトサイトにおけるEGFRシグナル制御機構の解明

Outline of Annual Research Achievements

上皮成長因子受容体(EGFR)シグナルは細胞の増殖・分化・遊走に重要である。一方で過剰なEGFRシグナルは、細胞のガン化を誘導することが知られている。以前の研究から、細胞表面で活性化したEGFRは、細胞膜からだけでなく、エンドサイトーシスされた後も、エンドソーム膜上からシグナルを発信し続けることが明らかとなっていた。また低濃度のEGF存在下では、活性化したEGFRがリサイクルされ、細胞内にシグナルが発信され続けるのに対し、高濃度のEGF存在下では、EGFRがリソソームで分解され、シグナルがダウンレギュレーションされることが報告されている。このようにEGFRの細胞内トラフィックは、EGFRシグナルの時空間的制御に重要な役割を果たしている。我々は、ROCOファミリーキナーゼLRRK1が、EGFRの細胞内トラフィックをキナーゼ活性依存的に制御していることを明らかにしてきた。本研究課題では、LRRK1によるEGFR細胞内トラフィック制御とエンドソームからのシグナル発信を数理モデル化することを試みた。まずLRRK1によるEGFR細胞内トラフィック制御機構を明らかにするため、HeLa細胞を用いた実験を行った。その結果、LRRK1が低分子量GタンパクRab7をリン酸化し、EGFRを含むエンドソームのダイニン依存的輸送を制御することを明らかにした。これらの過程は、EGFRのリソソーム分解に重要である。さらに、LRRK1が活性化したEGFRを、チロシンフォスファターゼPTP1Bと共にエンドソーム内腔へと取り込む機構を明らかにした。一方、数理モデルの構築に関しては、内在性LRRK1の発現量やエンドソームへの局在量など、一部のパラメーター取得に困難が生じ、十分な数理モデルの構築までには至っておらず、引き続きパラメーター取得を行う必要がある。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] BRCA1?BARD1 Regulates Axon Regeneration in Concert with the Gqα?DAG Signaling Network (2021)
  • Author(s): Sakai Yoshiki、Hanafusa Hiroshi、Shimizu Tatsuhiro、Pastuhov Strahil I.、Hisamoto Naoki、Matsumoto Kunihiro
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience Volume: 41 Issue: 13 Pages: 2842-2853
  • DOI: 10.1523/jneurosci.1806-20.2021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] The integrin signaling network promotes axon regeneration via the Src?ephexin?RhoA GTPase signaling axis (2021)
  • Author(s): Sakai Yoshiki、Tsunekawa Mayuka、Ohta Kohei、Shimizu Tatsuhiro、Pastuhov Strahil Iv.、Hanafusa Hiroshi、Hisamoto Naoki、Matsumoto Kunihiro
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience Volume: 41 Issue: 22 Pages: 4754-4767
  • DOI: 10.1523/jneurosci.2456-20.2021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] CDK14 Promotes Axon Regeneration by Regulating the Noncanonical Wnt Signaling Pathway in a Kinase-Independent Manner (2021)
  • Author(s): Hisamoto N, Sakai Y, Ohta K, Shimizu T, Li C, Hanafusa H, Matsumoto K.
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience Volume: 41 Issue: 40 Pages: 8309-8320
  • DOI: 10.1523/jneurosci.0711-21.2021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Caenorhabditis elegans F-Box Protein Promotes Axon Regeneration by Inducing Degradation of the Mad Transcription Factor (2021)
  • Author(s): Shimizu Tatsuhiro、Pastuhov Strahil I.、Hanafusa Hiroshi、Sakai Yoshiki、Todoroki Yasuko、Hisamoto Naoki、Matsumoto Kunihiro
  • Journal Title: The Journal of Neuroscience Volume: 41 Issue: 11 Pages: 2373-2381
  • DOI: 10.1523/jneurosci.1024-20.2021
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] LRRK1 phosphorylation of Rab7 at S72 links trafficking of EGFR-containing endosomes to its effector RILP (2019)
  • Author(s): Hanafusa Hiroshi、Yagi Takuya、Ikeda Haruka、Hisamoto Naoki、Nishioka Tomoki、Kaibuchi Kozo、Shirakabe Kyoko、Matsumoto Kunihiro
  • Journal Title: Journal of Cell Science Volume: 132 Issue: 11
  • DOI: 10.1242/jcs.228809
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] TDP2 Negatively Regulates Axon Regeneration by Inducing SUMOylation of an Ets Transcription Factor (2019)
  • Author(s): Sakai Yoshiki、Hanafusa Hiroshi、Pastuhov Strahil Iv、Shimizu Tatsuhiro、Li Chun、Hisamoto Naoki、Matsumoto Kunihiro
  • Journal Title: EMBO reports Volume: 20 Issue: 10
  • DOI: 10.15252/embr.201847517
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 小胞体ーエンドソームコンタクトサイトにおけるEGFR活性制御機構 (2019)
  • Author(s): 花房洋
  • Organizer: 蛋白質科学会・細胞生物学会合同年会
• [Presentation] LRRK1はRab7 Ser-72をリン酸化し、エフェクター分子RILPによるEGFR含有エンドソームの輸送を促進する (2019)
  • Author(s): 花房洋、八木拓也、西岡朋生、貝淵弘三、白壁恭子、松本邦弘
  • Organizer: 分子生物学会