哺乳動物におけるミクロオートファジーを介した細胞内タンパク質の分解機構

• Project Area: Multimode autophagy: Diverse pathways and selectivity
• Project/Area Number: 20H05307
• 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: Tohoku University
• Principal Investigator: 向井 康治朗 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (90767633)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000); Fiscal Year 2021: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000); Fiscal Year 2020: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
• Keywords: ミクロオートファジー

Outline of Research at the Start

ミクロオートファジーはリソソーム膜が直接細胞質成分を取り込む機構を指す。酵母においてはペルオキシソーム、脂肪滴、核などがミクロオートファジーを介して分解されることが報告され、解析が進んでいるが、哺乳動物におけるミクロオートファジーの研究は限られている。本研究では、CRISPR-Cas9ゲノムワイドスクリーニング、超解像ライブイメージング、プロテオミクス解析を駆使することで、哺乳動物細胞におけるミクロオートファジーの分子機構及び生物学的意義を明らかにすることを目指す。

Outline of Annual Research Achievements

超解像ライブイメージング、及び電子顕微鏡解析を用いて、ミクロオートファジーが起きている瞬間、及び基質が分解される過程を可視化することを目指した。モデル気質としてmRuby3タグを付加したSTINGを利用し、mRuby3-STINGがリソソーム内腔へ取り込まれる瞬間を可視化した。その結果、mRuby3-STINGはLamp1-EGFPで可視化したリソソームに直接取り込まれることを超解像ライブイメージング及び電子顕微鏡解析から明らかにすることができた。さらに、リソソームに近接しているSTING陽性の膜の形態を観察したところ、興味深いことにSTINGは直径約100nm前後の小胞のクラスター上に局在していることがわかり、リソソームがこのSTING陽性小胞の塊を取り込んでいると考えられた。また、Rab11やトランスフェリン受容体などのリサイクリングエンドソームタンパク質の一部もSTINGリガンド刺激依存的にリソソームに取り込まれていたことから、このミクロオートファジー過程はリサイクリングエンドソーム由来の小胞をリソソームが取り込む過程であることが示唆された。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3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 California, San Francisco(米国)
• [Journal Article] Lysosomal vesiculophagy terminates STING signalling (2022)
  • Author(s): Kuchitsu Yoshihiko、Mukai Kojiro、Takaada Yuki、Shinojima Ayumi、Hamano Shiori、Uematsu Rei、Ogawa Emari、Suzuki Takehiro、Dohmae Naoshi、Uemura Takefumi、Arai Hiroyuki、Waguri Satoshi、Taguchi Tomohiko
  • Journal Title: bioRxiv Volume: - Pages: 485012-485012
  • DOI: 10.1101/2022.03.20.485012
  • Open Access
• [Journal Article] Specific association of TBK1 with the trans-Golgi network following STING stimulation (2022)
  • Author(s): Kemmoku Haruka、Kuchitsu Yoshihiko、Mukai Kojiro、Taguchi Tomohiko
  • Journal Title: Cell Structure and Function Volume: 47 Issue: 1 Pages: 19-30
  • DOI: 10.1247/csf.21080
  • NAID: 130008158062
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A cell-free assay implicates a role of sphingomyelin and cholesterol in STING phosphorylation (2021)
  • Author(s): Takahashi Kanoko、Niki Takahiro、Ogawa Emari、Fumika Kiku、Nishioka Yu、Sawa Masaaki、Arai Hiroyuki、Mukai Kojiro、Taguchi Tomohiko
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 11 Issue: 1 Pages: 11996-11996
  • DOI: 10.1038/s41598-021-91562-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] A Role of Phosphatidylserine in the Function of Recycling Endosomes (2021)
  • Author(s): Hasegawa Junya、Uchida Yasunori、Mukai Kojiro、Lee Shoken、Matsudaira Tatsuyuki、Taguchi Tomohiko
  • Journal Title: Frontiers in Cell and Developmental Biology Volume: 9 Pages: 783857-783857
  • DOI: 10.3389/fcell.2021.783857
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Aberrant localization of CDC42 C-terminal variants to the Golgi apparatus drives pyrin inflammasome-dependent autoinflammation (2021)
  • Author(s): Nishitani-Isa, M., Mukai, K., Honda, Y., Nihira, H., Tanaka, T., Shibata, H., Kodama, K., Hiejima, E., Izawa, K., Kawasaki, Y., Osawa, M., Katata, Y., Onodera, S., Watanabe, T., Kure, S., Takita, J., Ohara, O., Saito, M. K., Nishikomori, R., Taguchi, T., Sasahara, Y., and Yasumi, T.
  • Journal Title: bioRxiv Volume: - Pages: 458902-458902
  • DOI: 10.1101/2021.09.03.458902
  • Open Access
• [Journal Article] STING Operation at the ER/Golgi Interface (2021)
  • Author(s): Taguchi Tomohiko、Mukai Kojiro、Takaya Eiko、Shindo Ruri
  • Journal Title: Frontiers in Immunology Volume: 12 Pages: 1629-1629
  • DOI: 10.3389/fimmu.2021.646304
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Homeostatic regulation of STING by retrograde membrane traffic to the ER (2021)
  • Author(s): Mukai Kojiro、Ogawa Emari、Uematsu Rei、Kuchitsu Yoshihiko、Kiku Fumika、Uemura Takefumi、Waguri Satoshi、Suzuki Takehiro、Dohmae Naoshi、Arai Hiroyuki、Shum Anthony K.、Taguchi Tomohiko
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12 Issue: 1 Pages: 61-61
  • DOI: 10.1038/s41467-020-20234-9
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Implications of cholesterol and sphingomyelin in STING phosphorylation by TBK1 (2021)
  • Author(s): Takahashi Kanoko、Niki Takahiro、Ogawa Emari、Fumika Kiku、Nishioka Yu、Sawa Masaaki、Arai Hiroyuki、Mukai Kojiro、Taguchi Tomohiko
  • Journal Title: bioRxiv Volume: - Pages: 435550-435550
  • DOI: 10.1101/2021.03.15.435550
• [Journal Article] A defect in COPI-mediated transport of STING causes immune dysregulation in COPA syndrome (2020)
  • Author(s): Deng Zimu、Chong Zhenlu、Law Christopher S.、Mukai Kojiro、Ho Frances O.、Martinu Tereza、Backes Bradley J.、Eckalbar Walter L.、Taguchi Tomohiko、Shum Anthony K.
  • Journal Title: Journal of Experimental Medicine Volume: 217 Issue: 11 Pages: 2128-2135
  • DOI: 10.1084/jem.20201045
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 自然免疫分子STINGの小胞体局在維持機構とその破綻に起因する疾患 (2021)
  • Author(s): 向井康治朗,小川笑満里,植松黎,朽津芳彦,菊史佳,植村武文,和栗聡,鈴木健裕,堂前直,新井洋由,SHUM Anthony K,田口友彦
  • Organizer: 日本細胞生物学会大会(Web) 2021年
• [Presentation] Homeostatic regulation of STING by retrograde membrane traffic to the ER (2021)
  • Author(s): Kojiro Mukai,Anthony K. Shum,Tomohiko Taguchi
  • Organizer: ASBMB Annual Meeting 2021
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 自然免疫分子 STING シグナルの収束機構 (2020)
  • Author(s): 朽津_芳彦、高阿田_有希、向井_康治朗、田口_友彦
  • Organizer: 第７２回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] 自然免疫分子 STING は trans-Golgi network において下流キナーゼ TBK1 をリクルートする (2020)
  • Author(s): 見目_悠、向井_康治朗、田口_友彦
  • Organizer: 第７２回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] 光クロスリンク技術を用いた自然免疫分子 STING の結合タンパク質の探索 (2020)
  • Author(s): 進藤_瑠璃、樋野_展正、土井_健史、向井_康治朗、田口_友彦
  • Organizer: 第７２回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] リン酸化 STING を認識するモノクローナル抗体の作製 (2020)
  • Author(s): 高橋_花乃子、湯本_瑛亮、高谷_英子、進藤_瑠璃、高阿田_有希、篠島_あゆみ、堀口_雛、朽津_芳彦、向井_康治朗、田口_友彦
  • Organizer: 第７２回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] ホスファチジルイノシトール -4 リン酸(PI4P)近傍タンパク質の解析 (2020)
  • Author(s): 倪_申_、向井康治朗、鈴木_健裕、堂前_直、新井_洋由、田口_友彦、河野望
  • Organizer: 第７２回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] 細胞内物質輸送異常が引き起こす STING の活性化に起因する自己炎症性疾患 (2020)
  • Author(s): 向井_康治朗、小川_笑満里、朽津_芳彦、新井_洋由、田口_友彦
  • Organizer: 第７２回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] 自然免疫分子STINGの小胞体局在性維持機構とその破綻に起因する遺伝性自己炎症性疾患 (2020)
  • Author(s): 向井康治朗、小川笑満里、朽津芳彦、植村武文、和栗聡、鈴木健裕、堂前直、新井洋由、Anthony K. Shum、田口友彦
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会
• [Book] The Lipid (2021)
  • Author(s): 向井 康治朗
  • Total Pages: 7
  • Publisher: (株)メディカルレビュー社
  • ISBN: 9784779224430
• [Book] 実験医学 (2021)
  • Author(s): 向井 康治朗
  • Total Pages: 5
  • Publisher: (株)羊土社
  • ISBN: 9784758125444