Proofreading of protein trafficking by Msp1 at the inter-organelle contact sites

• Project Area: Toward an integrative understanding of functional zones in organelles
• Project/Area Number: 20H04912
• 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: Kyoto Sangyo University
• Principal Investigator: 遠藤 斗志也 京都産業大学, 生命科学部, 教授 (70152014)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000); Fiscal Year 2020: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
• Keywords: ミトコンドリア / ER / Msp1 / AAA-ATPアーゼ / 配送の校正 / テイルアンカー型膜タンパク質 / ER-ミトコンドリアコンタクト / 誤配送の校正 / ERMES

Outline of Research at the Start

われわれはミトコンドリア外膜のAAA-ATPアーゼのMsp1が外膜に誤配送された膜タンパク質の校正を行うことを見出した。そこで，校正の対象となる誤配送されたタンパク質や，配送のやり直しにどのくらい一般性があるのかを明らかにし，校正に伴うタンパク質のオルガネラ間移動がオルガネラ間コンタクト部位を介して起こるかどうかを検証する。様々な機能が提案されているオルガネラ間コンタクトの機能に，タンパク質の移動という新たな働きが付け加わることで，本領域の主題であるオルガネラゾーンに注目したオルガネラバイオロジーが大きく広がることが期待される。

Outline of Annual Research Achievements

われわれは，ミトコンドリア外膜のAAA-ATPアーゼのMsp1が外膜に誤配送されたテイルアンカー型膜タンパク質（TAタンパク質）の配送の校正を行うことを見出した。そこで，校正の対象となる誤配送されたタンパク質や，配送のやり直しにどのくらい一般性があるのかを明らかにし，校正に伴うタンパク質のオルガネラ間移動がオルガネラ間コンタクト部位を介して起こるかどうかを明らかにすることをめざした。様々な機能が提案されているオルガネラ間コンタクトの機能に，タンパク質の移動という新たな働きが付け加わることで，本領域の主題であるオルガネラゾーンに注目したオルガネラバイオロジーが大きく広がることが期待される。
今年度は，Msp1によってミトコンドリア外膜から引き抜かれた誤配送TAタンパク質が，ミトコンドリア外膜から ER膜に移動する機構の詳細に解析するために，蛍光顕微鏡を用いたタイムラプス観察実験系をセットアップした。ペルオキシソームからミトコンドリアに誤配送されるモデル基質としてPex15Δ30にGFPを融合させたGFP-Pex15Δ30を用いた。このタンパク質を薬剤誘導的に一時的に発現させ，その分解をDoa10欠損により抑制した。次に，Msp1の発現をガラクトース誘導型プロモータ等でオンにしたときの基質の移動を，蛍光顕微鏡（DeltaVision）でモニターした。このタイムラプス観察実験系で，Msp1によるPex15Δ30のミトコンドリアからERへの移行をリアルタイムで追跡できることが明らかになった。

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

• [Int'l Joint Research] University of Freiburg(ドイツ)
• [Journal Article] Mitochondrial sorting and assembly machinery operates by β-barrel switching (2021)
  • Author(s): Takeda H, Tsutsumi A, Nishizawa T, Lindau C, Busto JV, Wenz LS, Ellenrieder L, Imai K, Straub SP, Mossmann W, Qiu J, Yamamori Y, Tomii K, Suzuki J, Murata T, Ogasawara S, Nureki O, Becker T, Pfanner N, Wiedemann N, Kikkawa M, Endo T.
  • Journal Title: Nature Volume: 590(7844) Issue: 7844 Pages: 163-169
  • DOI: 10.1038/s41586-020-03113-7
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Structural snapshot of the mitochondrial protein import gate (2021)
  • Author(s): Araiso Y, Imai K, Endo T
  • Journal Title: FEBS J Volume: - Issue: 18 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1111/febs.15661
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Organelle membrane-specific chemical labeling and dynamic imaging in living cells. (2020)
  • Author(s): Tomonori Tamura, Alma Fujisawa, Masaki Tsuchiya, Yuying Shen, Kohjiro Nagao, Shin Kawano, Yasushi Tamura, Toshiya Endo, Masato Umeda, Itaru Hamachi
  • Journal Title: Nature chemical biology Volume: 16 Issue: 12 Pages: 1361-1367
  • DOI: 10.1038/s41589-020-00651-z
  • NAID: 120006898122
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Lipid homeostasis in mitochondria. (2020)
  • Author(s): Yasushi Tamura, Shin Kawano, Toshiya Endo
  • Journal Title: Biological chemistry Volume: 401 Issue: 6-7 Pages: 821-833
  • DOI: 10.1515/hsz-2020-0121
  • Peer Reviewed