生体膜の非対称性を制御するＰ４－ＡＴＰａｓｅのメンブレントラフィックにおける役割

• Project Area: Intracellular logistics: interdisciplinary approaches to pathophysiology of membrane traffic
• Project/Area Number: 23113714
• 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: Kyoto University
• Principal Investigator: 申 惠媛 京都大学, 薬学研究科(研究院), 准教授 (10345598)
• Project Period (FY): 2011-04-01 – 2013-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2012)
• Budget Amount: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000); Fiscal Year 2012: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000); Fiscal Year 2011: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: メンブレントラフィック / 脂質二重層 / 脂質非対称性 / P4-ATPase / リン脂質

Outline of Annual Research Achievements

脂質二重層の非対称性の調節は、メンブレントラフィック、細胞運動、神経突起形成など様々な生理活性に必要であるが、その分子機構はほとんどわかっていない。本研究では、脂質二重層の時空間的な脂質の組成変化をもたらすP4-ATPase（flippase）のメンブレントラフィックにおける調節機構を明らかにすることを目的とした。
ヒトのすべてのP4-ATPaseをクローニングし細胞内局在を明らかにし、P4-ATPaseの局在にはシャペロン様のタンパク質であるCDC50が必要であることを明らかにした。まずエンドソームに局在するP4-ATPaseに注目した。このP4-ATPaseがトランスフェリンのエンドソームから細胞膜へのリサイクリング経路に必要であることを明らかにした。これはヒトのP4-ATPaseがメンブレントラフィックへの関与を示唆する初めての結果である。
一方、ゴルジ体に局在するP4-ATPaseの結合タンパク質を同定した結果、膜を変形させるタンパク質やコートタンパク質などのメンブレントラフィックに関与するタンパク質の同定に成功した。さらに、このP4-ATPaseはマンノース-6-リン酸受容体のゴルジ体からの輸送経路に関与することを明らかにした。そこでこの輸送経路におけるP4-ATPaseとその結合タンパク質の調節機構の解明を進めている。
P4-ATPaseのflippase活性を測定するアッセイ系を確立し、種々のP4-ATPaseのflip活性および基質特異性を決定した。興味深いことに、遺伝病の原因であるP4-ATPaseの基質特異性がこれまでの知見と異なることを見出し、遺伝病由来の変異体の細胞内局在、酵素活性を解析した。これらの成果は病態のメカニズムの解明に大きく寄与すると期待している。

Research Progress Status

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

24年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Mitosis-Coupled, Microtubule-Dependent Clustering of Endosomal Vesicles around Centrosomes (2013)
  • Author(s): Takatsu, H., Katoh, Y., Ueda, T., Waguri, S., Murayama, T., Takahashi, S., Shin, H.-W. &Nakayama, K.
  • Journal Title: Cell Structure and Function Volume: 38 Issue: 1 Pages: 31-41
  • DOI: 10.1247/csf.12028
  • NAID: 130004053889
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] EFA6 activates Arf6 and participates in its targeting to the Flemming body during cytokinesis (2013)
  • Author(s): Tomoko Ueda, Ayako Hanai, Tomomi Takei, Keiji Kubo, Minako Ohgi, Hiroyuki Sakagami, Senye Takahashi, Hye-Won Shin, Kazuhisa Nakayama
  • Journal Title: FEBS Letters Volume: in press
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Mechanisms of membrane curvature generation in membrane traffic (2012)
  • Author(s): Shin, H.-W., Takatsu, H., and Nakayama, K.
  • Journal Title: Membranes Volume: 2 Issue: 1 Pages: 118-133
  • DOI: 10.3390/membranes2010118
  • NAID: 120004025602
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis for Arf6-MKLP1complex formation on the Flemming body responsible for cytokinesis. (2012)
  • Author(s): Makyio, H., Ohgi, M., Takei, T., Takahashi, S., Takatsu, H., Katoh, Y., Hanai, A., Ueda, T., Kanaho, Y., Xie, Y., Shin, H.-W., Kamikubo, H., Kataoka, M., Kawasaki, M., Kato, R., Wakatsuki, S. & Nakayama, K.
  • Journal Title: EMBO J Volume: 31 Issue: 11 Pages: 2590-2603
  • DOI: 10.1038/emboj.2012.89
  • NAID: 120004161052
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rab11 regulates exocytosis of recycling vesicles at the plasma membrane. (2012)
  • Author(s): Takahashi, S., Kubo, K., Waguri, S., Yabashi, A., Shin, H.-W., Katoh, Y. & Nakayama, K.
  • Journal Title: J. Cell Sci., 1 Volume: 125 Pages: 4049-4057
  • DOI: 10.1242/jcs.102913
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Structural basis for membrane binding specificity of the Bin/Amphiphysi n/Rvs (BAB) domain of Arfaptin-2 determined by Aril GTPase. (2012)
  • Author(s): Nakamura, et al
  • Journal Title: Journal of Biological Chemistry Volume: 287 Issue: 30 Pages: 25478-25489
  • DOI: 10.1074/jbc.m112.365783
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ゴルジ体以降の小胞輸送における低分子量GTPaseとBARドメインタンパク質の役割 (2012)
  • Author(s): 申 惠媛、満 智秋、中山 和久
  • Journal Title: 生化学 Volume: 84 Pages: 785-790
  • NAID: 10031122385
• [Journal Article] ARF1 and ARF3 Are Required for the Integrity of Recycling Endosomes and the Recycling Pathway (2012)
  • Author(s): Kondo, Y., Hanai, A., Nakai, W., Katoh, Y.,Nakayama, K. & Shin, H.-W.
  • Journal Title: Cell Structure and Function Volume: 37 Issue: 2 Pages: 141-154
  • DOI: 10.1247/csf.12015
  • NAID: 130004137585
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Arfaptins are localized to the trans-Golgi by interaction with Arl1, but not Arfs. (2011)
  • Author(s): Man, Z., Kondo, Y., Koga, H., Umino, H., Nakayama, K. & Shin, H.-W.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 286 Issue: 13 Pages: 11569-11578
  • DOI: 10.1074/jbc.m110.201442
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Distinct roles of Rab11 and Arf6 in the regulation of Rab11-FIP3/Arfophilin-1 localization in mitotic cells (2011)
  • Author(s): Takahashi, S., Takei, T., Koga, H., Takatsu,H., Shin, H.-W. & Nakayama, K.
  • Journal Title: Genes Cells Volume: 16 Issue: 9 Pages: 938-950
  • DOI: 10.1111/j.1365-2443.2011.01538.x
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] ATP9B, a P4-ATPase (a putative aminophospholipid translocase), localizes to the trans-Golgi network in a CDC50-independent manner. (2011)
  • Author(s): Takatsu, H., Baba, K., Shima, T., Umino, H., Kato, U., Umeda, M., Nakayama, K. & Shin, H.-W.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 286 Issue: 44 Pages: 38159-38167
  • DOI: 10.1074/jbc.m111.281006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] GBF1-Arf-COPI-ArfGAP-mediated Golgi-to-ER Transport Involved in Regulation of Lipid Homeostasis (2011)
  • Author(s): Takashima, K., Saitoh, A., Hirose, S., Nakai, W., Kondo, Y., Takasu, Y., Kakeya, H., Shin, H.-W. & Nakayama, K8.
  • Journal Title: Cell Structure and Function Volume: 36 Issue: 2 Pages: 223-235
  • DOI: 10.1247/csf.11035
  • NAID: 130004137571
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • Peer Reviewed
• [Presentation] メンブレントラフィックにおけるリン脂質フリッパーゼの機能 (2013)
  • Author(s): 申 惠媛
  • Organizer: 第86回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県）
  • Year and Date: 2013-09-11
  • Invited
• [Presentation] Membrane remodeling in post-Golgi trafficking (2013)
  • Author(s): 申 惠媛
  • Organizer: 第65回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: ウインクあいち（愛知県）
  • Year and Date: 2013-06-19
  • Invited
• [Presentation] 生体膜の脂質非対称性を調節するP4-ATPaseのゴルジ体以降の小胞輸送経路における機能解析 (2012)
  • Author(s): 海野 寛之
  • Organizer: 第85回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡県）
  • Year and Date: 2012-12-14
• [Presentation] 生体膜の非対称性を制御するP4-ATPaseの小胞輸送における機能 (2012)
  • Author(s): 申 惠媛
  • Organizer: 第34回生体膜の薬物の相互作用シンポジウム
  • Place of Presentation: 京都大学薬学部（京都府）
  • Year and Date: 2012-11-15
• [Presentation] Functional analysis of the small GTPase Arf6 during Cytokinesis (2011)
  • Author(s): 正親 美菜子
  • Organizer: 第63回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道）
• [Presentation] Arfaptins localize to the trans-Golgi in an Arl1-dependent manner and deform Golgi membranes (2011)
  • Author(s): 満 智秋
  • Organizer: 第63回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道）
• [Presentation] Regulation of lipid droplet formation by Golgi-to-ER membrane traffic (2011)
  • Author(s): 高島 皓平
  • Organizer: 第63回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道）
• [Presentation] Functional analysis of class I and classII ARF small GTPases in membrane traffic. (2011)
  • Author(s): 中井 和香
  • Organizer: 第63回日本細胞生物学会大会
  • Place of Presentation: 北海道大学（北海道）
• [Presentation] ゴルジ体に局在する低分子量GTPase ARFの機能の再考 (2011)
  • Author(s): 申 惠媛
  • Organizer: 第84回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 京都国際会館（京都府）
  • Invited
• [Presentation] ゴルジ体‐小胞体間のタンパク質輸送による脂肪滴形成の調節 (2011)
  • Author(s): 高島 皓平
  • Organizer: 第84回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 京都国際会館（京都府）
• [Presentation] 脂質二重層の非対称性を調節するP4-ATPaseのメンブレントラフィックにおける役割 (2011)
  • Author(s): 島 孝弘
  • Organizer: 第84回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 京都国際会館（京都府）
• [Presentation] メンブレントラフィックにおけるP4-ATPase、ATP9Bの機能解析 (2011)
  • Author(s): 高津 宏之
  • Organizer: 第84回日本生化学会大会
  • Place of Presentation: 京都国際会館（京都府）
• [Remarks]
  • URL: http://www.pharm.kyoto-u.ac.jp/physchem/