第２のマクロオートファジーGOMEDの生体での役割

• Project Area: Multimode autophagy: Diverse pathways and selectivity
• Project/Area Number: 22H04639
• 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: Tokyo Medical and Dental University
• Principal Investigator: 清水 重臣 東京医科歯科大学, 高等研究院, 特別教授 (70271020)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000); Fiscal Year 2023: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000); Fiscal Year 2022: ¥5,200,000 (Direct Cost: ¥4,000,000、Indirect Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: GOMED / ゴルジ体 / オートファジー

Outline of Research at the Start

本研究では、一般的マクロオートファジーとは異なるマクロオートファジーであるGOMEDを対象として、以下の点を明らかにする：(1)GOMEDの分子機構と生体での役割、(2)一般的マクロオートファジーとの分解基質の違い、(3)一般的マクロオートファジーとのクロストーク、(4)マルチモードオートファジーの中で、GOMEDが選択されるメカニズムとその意義。

Outline of Annual Research Achievements

一般的マクロオートファジーは、細胞質の変性タンパク質や傷害オルガネラなどを、膜で包み込んで分解する機構であり、Atg5やAtg7などの分子を用い、小胞体膜を主な起源とする。一方、GOMEDは、同じように膜で包み込んで細胞内成分を分解する機構であるが、Atg5/Atg7に依存せず、ゴルジ体膜を起源とする。このため、第２のマクロオートファジーとも称すべき機構である。しかしながら、オートファジーとGOMEDは、分解する基質タンパク質が大きく異なっており、異なる細胞機能である。
本年は、GOMED関連分子として、Wipi3と結合する分子を探索した。その結果、新たなGOMED実行分子としてゴルジ体局在分子２種類を同定した。また、このうち１種類はBARドメインを有するタンパク質で、生体膜の曲率を変える機能を有する分子であった。
また、GOMEDの定量法としてこれまでに、リソソームの肥大化、GFP-RFP tandemタンパク質の赤色蛍光の定量、電子顕微鏡解析などの方法を用いてきた。より正確に定量解析を行うために新たなGOMED解析法としてDAL/DAP法を開発した。すなわち、１、DAPGreenはGOMEDの最初期から全ての構造を緑色蛍光で標識すること、２、DAPRedは中期のステージ以降の構造を赤色蛍光で標識すること、３、DALGreenは後期の構造のみを緑色蛍光で標識することを応用して、GOMEDの進行度をダナミックに計測できる系を確立した。
さらに、昨年度より皮膚特異的GOMED欠損マウス、神経特異的GOMED欠損マウスの表現系を解析した他、病理所見等も解析し、GOMEDの整体での重要性を確認した。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Identification of a novel type of focal adhesion remodelling via FAK/FRNK replacement, and its contribution to cancer progression (2023)
  • Author(s): Tsujioka M, Miyazawa K, Ohmuraya M, Nibe Y, Shirokawa T, Hayasaka H, Mizushima T, Fukuma T, Shimizu S
  • Journal Title: Cell Death & Disease Volume: 14 Issue: 4 Pages: 256-256
  • DOI: 10.1038/s41419-023-05774-4
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Lactiplantibacillus plantarum OLL2712 Induces Autophagy via MYD88 and Strengthens Tight Junction Integrity to Promote the Barrier Function in Intestinal Epithelial Cells (2023)
  • Author(s): Watanabe-Yasuoka Yumiko、Gotou Ayako、Shimizu Shigeomi、Sashihara Toshihiro
  • Journal Title: Nutrients Volume: 15 Issue: 12 Pages: 2655-2655
  • DOI: 10.3390/nu15122655
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Development of small fluorescent probes for the analysis of autophagy kinetics (2023)
  • Author(s): Sakurai Hajime Tajima、Iwashita Hidefumi、Arakawa Satoko、Yikelamu Alifu、Kusaba Mizuki、Kofuji Satoshi、Nishina Hiroshi、Ishiyama Munetaka、Ueno Yuichiro、Shimizu Shigeomi
  • Journal Title: iScience Volume: 26 Issue: 7 Pages: 107218-107218
  • DOI: 10.1016/j.isci.2023.107218
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Involvement of casein kinase 1 epsilon/delta (Csnk1e/d) in the pathogenesis of familial Parkinson's disease caused by <scp>CHCHD2</scp> (2023)
  • Author(s): Torii Satoru、Arakawa Satoko、Sato Shigeto、Ishikawa Kei‐ichi、Taniguchi Daisuke、Sakurai Hajime Tajima、Honda Shinya、Hiraoka Yuuichi、Ono Masaya、Akamatsu Wado、Hattori Nobutaka、Shimizu Shigeomi
  • Journal Title: EMBO Molecular Medicine Volume: 15 Issue: 9
  • DOI: 10.15252/emmm.202317451
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Beclin1 is essential for the pancreas development (2023)
  • Author(s): Mehanna Sally、Arakawa Satoko、Imasaka Mai、Chen Wenting、Nakanishi Yuto、Nishiura Hiroshi、Shimizu Shigeomi、Ohmuraya Masaki
  • Journal Title: Developmental Biology Volume: 504 Pages: 113-119
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2023.09.008
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Absence of ULK1 decreases AMPK activity in the kidney, leading to chronic kidney disease progression (2023)
  • Author(s): Tomoki Yanagi, Hiroaki Kikuchi, Koichiro Susa, Naohiro Takahashi, Naohiro Takahashi, Hiroki Bamba, Takefumi Suzuki, Yuta Nakano, Tamami Fujiki, Yutaro Mori, Fumiaki Ando, Shintaro Mandai, Takayasu Mori, Koh Takeuchi, Shinya Honda, Satoru Torii, Shigeomi Shimizu, Tatemitsu Rai, Shinichi Uchida, Eisei Sohara
  • Journal Title: Genes to Cells Volume: 28 Issue: 1 Pages: 5-14
  • DOI: 10.1111/gtc.12989
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Nickel particles are present in Crohn's disease tissue and exacerbate intestinal inflammation in IBD susceptible mice. (2022)
  • Author(s): Hiroki Matsuda, Yoichi Nibe-Shirakihara, Akiko Tamura, Emi Aonuma, Satoko Arakawa, Kana Otsubo, Yasuhiro Nemoto, Takashi Nagaishi, Kiichiro Tsuchiya, Shigeomi Shimizu, Averil Ma, Mamoru Watanabe, Motohiro Uo, Ryuichi Okamoto, Shigeru Oshima.
  • Journal Title: Biochemical and Biophysical Research Communications. Volume: 592 Pages: 74-80
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.12.111
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] FLIP-based autophagy-detecting technique reveals closed autophagic compartments (2022)
  • Author(s): Sakurai Hajime Tajima、Arakawa Satoko、Noguchi Saori、Shimizu Shigeomi
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 12 Issue: 1 Pages: 22452-22452
  • DOI: 10.1038/s41598-022-26430-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Remarks] 病態細胞生物ホームページ
  • URL: https://www.tmd.ac.jp/mri/pcb/index.html