ミトコンドリア膜上に一過性に形成される過渡期細胞死孔の捕捉

• Project Area: Integrative understanding of biological processes mediated by transient macromolecular complexes; New technology for visualizing physiologically metastable states.
• Project/Area Number: 22121505
• 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: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 清水 重臣 東京医科歯科大学, 難治疾患研究所, 教授 (70271020)
• Project Period (FY): 2010 – 2011
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2011)
• Budget Amount: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000); Fiscal Year 2011: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000); Fiscal Year 2010: ¥5,460,000 (Direct Cost: ¥4,200,000、Indirect Cost: ¥1,260,000)
• Keywords: ミトコンドリア / アポトーシス / 電子顕微鏡 / 生体膜 / ネクローシス / 膜透過性 / BH3

Research Abstract

アポトーシスの分子機構においては、ミトコンドリアの膜透過性亢進が必須の現象であるにもかかわらず、その膜透過性を担う分子装置の詳細は不明である。そこで本研究においては、このミトコンドリアの膜透過装置の構造と機能の連関を電子顕微鏡による超微形態から解き明かす事を目的として研究を行い、以下の成果を得た。
1、膜透過装置の構造解析:マウス肝から単離したミトコンドリアにBH3ペプチドを投与し、アポトーシス反応を起こさせた後に、電子顕微鏡切片法にてミトコンドリアの膜変化を観察した。その結果、ミトコンドリア外膜の顕著な変形を観察する事ができた。この変化は、変異型BH3ペプチドの投与や、Bakを欠損させたマウス由来のミトコンドリアでは見られなかった事より、アポトーシス時のミトコンドリアの膜透過装置であるものと思われた。
2、原子間力顕微鏡を用いた解析:上記の実験系において、単離ミトコンドリアの膜表面を原子間力顕微鏡にて観察したところ、電子顕微鏡で観察した変化が確認された。
3、膜透過装置関連分子の同定:酵母細胞にBax分子を過剰発現することにより、哺乳動物細胞で誘導されるミトコンドリアの膜透過性亢進を模倣することができる事を見出した。また、酵母の遺伝学を用いて、膜透過装置関連分子の同定に成功した。
4、ミトコンドリアの膜透過装置が活性化する時に、Bak分子が構造変化する事を見出し、活性型Bak特異的抗体を作製した。

Research Products

• [Journal Article] Involvement of Beclin 1 in the engulfment of apoptotic cells (2012)
  • Author(s): Konishi A, Arakawa S, Yue Z, Shimizu S
  • Journal Title: J.Biol.Chem. Volume: (epub) Issue: 17 Pages: 13919-13929
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.348375
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Shigella Targets Epithelial Tricellular Junctions to Spread Between Cells via a Noncanonical Clathrin-dependent Endocytic Pathway (2012)
  • Author(s): Makoto Fukumatsu
  • Journal Title: Cell Host & Microber Volume: (in press)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Delayed-onset caspase-dependent massive hepatocyte apoptosis upon Fasactivation in Bak/Bax-deficient mice (2011)
  • Author(s): Hikita, H.
  • Journal Title: Hepatology Volume: VOL. 54 Issue: 1 Pages: 240-251
  • DOI: 10.1002/hep.24305
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spatial coupling of mTOR and autophagy augments secretory/phenotypes (2011)
  • Author(s): Masako Narita
  • Journal Title: Science Volume: 332 Issue: 6032 Pages: 966-970
  • DOI: 10.1126/science.1205407
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Stress-activated protein kinase MKK7 regulates axon elongation in the developing cerebral cortex (2011)
  • Author(s): Tokiwa Yamasaki
  • Journal Title: Journal of Neuroscience Volume: 31 Pages: 16872-16883
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] p53 Inhibits Vascular Endothelial Growth Factor Expression in Solid Tumor (2011)
  • Author(s): Y.Yoshioka, et al.
  • Journal Title: J Surg Res. Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Delayed-onset caspase-dependent massive hepatocyte apoptosis upon Fas activation in Bak/Bax-deficient mice (2011)
  • Author(s): H.Hikita, et al.
  • Journal Title: Hepatology Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spatial coupling of mTOR and autophagy augments secretory phenotypes (2011)
  • Author(s): M.Narita, et al.
  • Journal Title: Science Volume: (印刷中)
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Involvement of JNK in the regulation of autophagic cell death (2010)
  • Author(s): S.Shimizu, et al.
  • Journal Title: Oncogene Volume: 29 Pages: 2070-2082
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] xCT deficiency accelerates chemically induced tumorigenesis (2010)
  • Author(s): A.Nabeyama, et al.
  • Journal Title: Proc.Natl.Acad.Ssi.USA Volume: 107 Pages: 6436-6441
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Autophagy takes an alternative pathway (2010)
  • Author(s): S.Shimizu, et al.
  • Journal Title: Autophagy Volume: 6 Pages: 290-291
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The role of cyclophilin D in learning and memory (2010)
  • Author(s): A.Mouri, et al.
  • Journal Title: Hippocampus Volume: 20 Pages: 293-304
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cyclophilin D-dependent mitochondrial permeability transition is not involved in neurodegeneration in mnd2 mice (2010)
  • Author(s): K.Ideguchi, et al.
  • Journal Title: Biochem.Biophys.Res.Commun. Volume: 393 Pages: 264-267
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Preparation of connexin43-integrated giant Liposomes by a baculovirus expression-liposome fusion method (2010)
  • Author(s): K.Kamiya, et al.
  • Journal Title: Biotechnol.Bioeng. Volume: 107 Pages: 836-843
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Neurodegeneration in mnd2 mutant mice is not prevented by parkin transgene (2010)
  • Author(s): T.Yoshida, et al.
  • Journal Title: Biochem.Biophys.Res.Commun. Volume: 393 Pages: 264-267
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Various Types of Cell Death and Autophagy (2011)
  • Author(s): Shigeomi Shimizu
  • Organizer: 第34回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 横浜市
  • Year and Date: 2011-12-15
• [Presentation] 生体で見られる様々な細胞死とオートファジー (2011)
  • Author(s): 清水重臣
  • Organizer: 第1回横断的腫瘍フォーラム
  • Place of Presentation: 吹田市(招待講演)
  • Year and Date: 2011-12-07
• [Presentation] アポトーシスと非アポトーシス細胞死 (2011)
  • Author(s): 清水重臣
  • Organizer: 第73回日本血液学会
  • Place of Presentation: 名古屋市(招待講演)
  • Year and Date: 2011-10-14
• [Presentation] 様々な疾患を惹起するミトコンドリア細胞死孔の解析 (2011)
  • Author(s): 清水重臣
  • Organizer: 第84回日本生化学会
  • Place of Presentation: 京都市
  • Year and Date: 2011-09-24
• [Presentation] オートファジーと神経変性疾患 (2011)
  • Author(s): 清水重臣
  • Organizer: 「病態に根ざしたALSの新規治療法開発班」平成23年度ワークショップ
  • Place of Presentation: 千代田区(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-22
• [Presentation] オートファジーを標的とした難治疾患克服への戦略 (2011)
  • Author(s): 清水重臣
  • Organizer: 新適塾「難病への挑戦」
  • Place of Presentation: 豊中市(招待講演)
  • Year and Date: 2011-09-02
• [Presentation] 細胞死とオートファジーのクロストーク (2011)
  • Author(s): 清水重臣
  • Organizer: 日本Cell Death学会
  • Place of Presentation: 文京区
  • Year and Date: 2011-07-29
• [Presentation] Alternative macroautophagy (2011)
  • Author(s): Shigeomi Shimizu
  • Organizer: Parkinson Disease and Mitophagy
  • Place of Presentation: 文京区
  • Year and Date: 2011-06-11
• [Presentation] Discovery of Atg5/Atg7-independent alternative macroautophagy (2010)
  • Author(s): S.Shimizu
  • Organizer: 6^<th> Institute network symposium
  • Place of Presentation: Kanazawa
  • Year and Date: 2010-06-25
• [Presentation] A critical role for the autophagy gene Ulk1 in Atg5- independent alternative macroautophagy (2010)
  • Author(s): S.Shimizu
  • Organizer: Gordon Conference
  • Place of Presentation: Lucca, Italy
  • Year and Date: 2010-04-25
• [Book] 細胞死解析プロトコール (2011)
  • Author(s): 清水重臣
  • Total Pages: 223
  • Publisher: 羊土社
• [Remarks]
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/mri/pcb/index.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/mri/pcb/index.html