リソソームを介した生命金属動態制御とシグナル伝達

• Project Area: Integrated Biometal Science: Research to Explore Dynamics of Metals in Cellular System
• Project/Area Number: 20H05508
• 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: Osaka University
• Principal Investigator: 船戸 洋佑 大阪大学, 微生物病研究所, 助教 (60505775)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2021-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2020)
• Budget Amount: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000); Fiscal Year 2020: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
• Keywords: 酸性適応 / リソソーム / 亜鉛 / PRL

Outline of Research at the Start

本研究ではリソソームから放出された亜鉛がシグナルとして働く仕組みと、その医学生物学的意義を明らかにする。がん悪性化に関わるPRLの高発現でlysosomal exocytosisを介して酸性環境下でも細胞が盛んに増殖できるようになること、及び本現象にリソソームから亜鉛を排出する分子が必須であるとわかっている。リソソームからの亜鉛放出がシグナルとして酸性適応を促す仕組みを明らかにするとともに、がん細胞の酸性環境適応等における重要性を明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

本研究ではリソソームによる生命金属動態の制御について、特にリソソームから放出された亜鉛がシグナルとして働く仕組みを明らかにすることを目標としていた。その中でも本年度の研究では、PRLによる酸性環境への適応にリソソームから亜鉛を排出する分子TRPML1およびZIP3が必須であると遺伝学的スクリーニングから明らかにされたことを踏まえ、実際にPRL高発現により亜鉛がリソソームから放出されているのか、またそれがPRL依存的なlysosomal exocytosisの活性化に重要であるのかを確認した。亜鉛感受性の蛍光蛋白質peZinCh-2を用いてのイメージング解析を行ったところ、想定通りPRL高発現細胞でシグナルが増加しており、細胞内亜鉛レベルの上昇が確認された。また亜鉛のキレーターTPENの培地中への添加により、PRL依存的なlysosomal exocytosis、そして酸性適応が抑制されていた。これらの実験結果より、PRL高発現によるTRPML1やZIP3を介したリソソームからの亜鉛放出を介してlysosomal exocytosisと酸性適応が惹起されていることが判明した。さらに、放出された亜鉛のターゲットとなる蛋白質を同定すべく、領域内の田村博士らが開発した亜鉛近傍蛋白質ラベル化プローブAIZin-2を用いた実験も行っている。このプローブを添加した細胞の溶解液をウェスタンブロットで解析したところ、PRL高発現細胞のサンプルで特異的に検出される蛋白質を複数見つけており、質量分析により同定にも成功している。これらの蛋白質の中にリソソームから放出された亜鉛に応答し、lysosomal exocytosisを活性化させた分子が含まれている可能性が想起され、今後その解析を進めてゆくことでその仕組みが明らかになると期待される。

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] Magnesium efflux from Drosophila Kenyon cells is critical for normal and diet-enhanced long-term memory (2020)
  • Author(s): Wu Yanying、Funato Yosuke、Meschi Eleonora、Jovanoski Kristijan D、Miki Hiroaki、Waddell Scott
  • Journal Title: eLife Volume: 9
  • DOI: 10.7554/elife.61339
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] The Oncogenic PRL Protein Causes Acid Addiction of Cells by Stimulating Lysosomal Exocytosis. (2020)
  • Author(s): Yosuke Funato, Atsushi Yoshida, Yusuke Hirata, Osamu Hashizume, Daisuke Yamazaki, Hiroaki Miki
  • Journal Title: Developmental cell Volume: 55 Issue: 4 Pages: 387-397
  • DOI: 10.1016/j.devcel.2020.08.009
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] PRL3 pseudophosphatase activity is necessary and sufficient to promote metastatic growth (2020)
  • Author(s): Kozlov Guennadi、Funato Yosuke、Chen Yu Seby、Zhang Zhidian、Illes Katalin、Miki Hiroaki、Gehring Kalle
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 295 Issue: 33 Pages: 11682-11692
  • DOI: 10.1074/jbc.ra120.014464
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Excessive Mg 2+ Impairs Intestinal Homeostasis by Enhanced Production of Adenosine Triphosphate and Reactive Oxygen Species (2020)
  • Author(s): Osamu Hashizume , Yosuke Funato , Daisuke Yamazaki, Hiroaki Miki
  • Journal Title: Antioxid Redox Signal . Volume: - Issue: 1 Pages: 20-34
  • DOI: 10.1089/ars.2019.7951
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Control of Protein Function Through Oxidation and Reduction of Persulfidated States (2020)
  • Author(s): E Doka, T Ida, M Dagnell, Y Abiko, N C Luong, N Balog, T Takata, B Espinosa, A Nishimura, Q Cheng, Y Funato, H Miki, J M Fukuto, J R Prigge, E E Schmidt, E S J Arner, Y Kumagai, T Akaike, P Nagy
  • Journal Title: Sci Adv Volume: 6 Issue: 1 Pages: 8358-8358
  • DOI: 10.1126/sciadv.aax8358
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] がん細胞の酸性環境への新規適応機構「acid addiction」の発見 (2020)
  • Author(s): 船戸 洋佑, 橋爪 脩, 吉田 篤, 本田 茉子, 山崎 大輔, 三木 裕明
  • Organizer: 第93回日本生化学会大会
• [Presentation] CNNMによるマグネシウムの輸送とその医学生物学的重要性 (2020)
  • Author(s): 船戸 洋佑, 橋爪 脩, 吉田 篤, 山崎 大輔, 三木 裕明
  • Organizer: 2020年度生理研研究会『上皮膜輸送の多様性・調和機構を基盤とする異分野融合研究の創出』
  • Invited