核酸導入によって活性化する選択的オートファジーの分子機構の解明

• Project Area: Multimode autophagy: Diverse pathways and selectivity
• Project/Area Number: 20H05322
• 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: Osaka University
• Principal Investigator: 小川 英知 大阪大学, 生命機能研究科, 特任准教授(常勤) (20370132)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2022-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2021)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2021: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000); Fiscal Year 2020: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
• Keywords: オートファジー / アデノウイルス / ウイルス感染 / 遺伝子導入 / 複合体 / 核酸医薬 / 遺伝子治療 / タンパク質複合体

Outline of Research at the Start

細胞は細胞外からの様々な分子の侵入を即座に検知し，それらを排除するために選択的オートファジー機構を活性化させる。この機構は，外来異物だけでなく核酸の導入に対しても働くため，核酸導入が必要な場面で大きな障害となる。本研究ではオートファジーレセプターp62に着目し，核酸の認識に関与するp62複合体を同定し，オートファジー活性時の複合体構成因子の核酸への集積について経時的変化を追うことで，異物侵入に対する選択的オートファジー制御の実体を明らかにする。この研究成果は，異物に対する細胞の認識・応答機構の解明のみならず，核酸の導入法の確立やウイルスの感染防御における新たな方法論を確立できると考えている。

Outline of Annual Research Achievements

細胞は様々な外来分子の侵入を検知し，それらを排除するために選択的オートファジー機構を使用する。この選択的オートファジー機構は，病原体のような異物だけでなく形質転換のために必要な核酸導入に対しても大きな障害となっている。我々はこれまでにオートファジーレセプターp62に着目し，その欠損が核酸導入効率の著しい促進効果を示し，このp62の機能制御にp62のリン酸化が重要である事を明らかにしている。本研究では， 核酸の認識に関与するp62複合体を同定することを通じて異物に対する細胞の認識・応答機構の解明のみならず，核酸の導入法の確立やウイルスの感染防御における新たな方法論を確立させることを目的としている。本年度は遺伝子導入効率が極めて高いHEK293細胞ではp62による核酸の分解機能はどのように制御されているのかを解析した。その結果p62は充分なタンパク量が存在し遺伝子導入時には活性化状態である高リン酸化状態であることが判明した。そのため何らかの因子の相互作用によって阻害されていると考え相互作用因子を生化学的に精製し同定したところ、HEK293のトランスフォームに関わるアデノウイルス因子の強い結合が明らかとなった。この因子の過剰発現はMEF細胞において強い遺伝子導入促進効果を示し、p62とこの因子の相互作用阻害はHEK293細胞での遺伝子導入効率の低下を誘発した。これらの結果はp62の機能阻害は遺伝子導入効率を制御できるのみならず、アデノウイルスの増殖にも関わることを意味している。これらの相互作用の分子機構の解明は、アデノウイルスの特効薬の開発や、アデノウイルスを応用した腫瘍溶解ウイルスの感染制御を可能にすると考えられる。

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] Inst. Biotech of Polish Academy of Sci.(ポーランド)
• [Int'l Joint Research] Dept of Obste, Gynecology, and Reproduct(カナダ)
• [Journal Article] Age-associated decline of MondoA drives cellular senescence through impaired autophagy and mitochondrial homeostasis (2022)
  • Author(s): Yamamoto-Imoto Hitomi et al.,
  • Journal Title: Cell Reports Volume: 38 Issue: 9 Pages: 110444-110444
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2022.110444
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Microtubule inhibitors identified through nonbiased screening enhance DNA transfection efficiency by delaying p62-dependent ubiquitin recruitment (2021)
  • Author(s): Megumi Tsuchiya, Hidesato Ogawa, Kento Watanabe, Takako Koujin, Chie Mori, Kazuto Nunomura, Bangzhong Lin, Akiyoshi Tani, Yasushi Hiraoka, Tokuko Haraguchi
  • Journal Title: Genes Cells. Volume: 26 Issue: 9 Pages: 739-751
  • DOI: 10.1111/gtc.12881
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] THOC4 regulates energy homeostasis by stabilizing TFEB mRNA during prolonged starvation (2021)
  • Author(s): Fujita T, Kubo S, Shioda T, Tokumura A, Minami S, Tsuchiya M, Ogawa H, Hamasaki M, Yu L, Isaka Y, Yoshimori T, and Nakamura S
  • Journal Title: Journal of Cell Science Volume: 134 Issue: 6 Pages: 248203-248203
  • DOI: 10.1242/jcs.248203
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] A missense mutation in the RSRSP stretch of Rbm20 causes dilated cardiomyopathy and atrial fibrillation in mice (2020)
  • Author(s): Ihara K, Sasano T, Hiraoka Y, Togo-Ohno M, Soejima Y, Sawabe M, Tsuchiya M, Ogawa H, Furukawa T, Kuroyanagi H
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 10 Issue: 1 Pages: 17894-17894
  • DOI: 10.1038/s41598-020-74800-8
  • NAID: 120007031666
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Deletion of the Prdm3 Gene Causes a Neuronal Differentiation Deficiency in P19 Cells (2020)
  • Author(s): Leszczynski Pawel, Smiech Magdalena、Salam Teeli Aamir、Haque Effi、Viger Robert、Ogawa Hidesato、Pierzcha?a Mariusz、Taniguchi Hiroaki
  • Journal Title: International Journal of Molecular Sciences Volume: 21 Issue: 19 Pages: 7192-7192
  • DOI: 10.3390/ijms21197192
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 選択的オートファジー制御を介した遺伝子導入促進剤のスクリーニング (2021)
  • Author(s): 小川 英知、土屋 惠、渡邊 賢人、荒神 尚子、森 知栄、布村 一人、林 邦忠、谷 昭義、平岡 泰、原口 徳子
  • Organizer: 第73回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] High-Throughput Screening for the enhancement of transfection efficiency via selective autophagy (2020)
  • Author(s): Hidesato Ogawa, Megumi Tsuchiya, Kento Watanabe, Takako Koujin, Chie Mori, Kazuto Nunomura, Bangzhong Lin, Akiyoshi Tani, Yasushi Hiraoka, and Tokuko Haraguch
  • Organizer: 第43回日本分子生物学会年会
• [Remarks]
  • URL: https://www.fbs.osaka-u.ac.jp/labs/hiraoka/index.html
• [Remarks]
  • URL: https://www.fbs.osaka-u.ac.jp/labs/hiraoka/
• [Patent(Industrial Property Rights)] 2 種類の TBK1/IKKe 阻害剤を利用した核酸導入 (2021)
  • Inventor(s): 小川英知，土屋惠，渡邊賢人，平岡泰，原口徳子
  • Industrial Property Rights Holder: 小川英知，土屋惠，渡邊賢人，平岡泰，原口徳子
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2021
  • Overseas
• [Patent(Industrial Property Rights)] 2 種類の TBK1/IKKe 阻害剤を利用した核酸導入 (2020)
  • Inventor(s): 小川英知，土屋惠，渡邊賢人，平岡泰，原口徳子
  • Industrial Property Rights Holder: 小川英知，土屋惠，渡邊賢人，平岡泰，原口徳子
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2020-000088
  • Filing Date: 2020