ミトコンドリア膜上に一過性に形成される過渡的細胞死孔の捕捉

• Project Area: Integrative understanding of biological processes mediated by transient macromolecular complexes; New technology for visualizing physiologically metastable states.
• Project/Area Number: 24121708
• 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): 2012-04-01 – 2014-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2013)
• Budget Amount: ¥11,180,000 (Direct Cost: ¥8,600,000、Indirect Cost: ¥2,580,000); Fiscal Year 2013: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000); Fiscal Year 2012: ¥5,590,000 (Direct Cost: ¥4,300,000、Indirect Cost: ¥1,290,000)
• Keywords: アポトーシス / ミトコンドリア / ネクローシス / bax / bak

Research Abstract

ミトコンドリアの膜透過性亢進は細胞死の実行に必須の現象であるにもかかわらず、その分子装置の形成が一過性であるため、実態は充分解明されていない。そこで本申請においては、アポトーシスやネクローシスの際に、ミトコンドリア膜に形成される過渡的細胞死孔(アポトーシス孔とネクローシス孔)の一過性の開口状態の捕捉を試みた。具体的には、（１）開口した瞬間のミトコンドリア細胞死孔の形状捕捉、（２）アポトーシス孔が開いている時のミトコンドリア膜の状態観察を行ない、以下の結果を得た。[１]過渡的細胞死孔の構造捕捉：細胞において超高感度蛍光顕微鏡を用いて、活性型Bakを捕捉した。この時のBakの状態（形態、多量体化、外膜との位置関係）の同定に成功した。さらに、超高感度蛍光顕微鏡と電子顕微鏡で同じ場面を観察することにより、Bakが活性化した時のミトコンドリアの形態を捕捉した。[２]上記の細胞レベルでの形態解析と同様に、単離ミトコンドリアを用いて解析を行ない、ミトコンドリアにブレッブが生じている可能性を見出した[３]細胞死抵抗性細胞を用いた時や、細胞死抵抗性ミトコンドリアを用いた時、あるいは細胞死誘導活性が見られない変異型Bak分子を用いた時には、上記の反応は見られなかった。
これらの実験事実より、ミトコンドリア上でBak(あるいはBax)が100分子程度会合することによって、ミトコンドリア上にブレッブが形成され、これが弾ける事が膜透過性を亢進させるメカニズムの本態である可能性が示された。さらに、Bak/Baxを介した経路以外にも、ミトコンドリアの膜透過性を亢進させるメカニズムが有る可能性を見出した。

Current Status of Research Progress

Reason

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

25年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Autophagic Cell Death and Cancer. (2014)
  • Author(s): S. Shimizu, T. Yoshida, M. Tsujioka, S. Arakawa.
  • Journal Title: Int J Mol Sci. Volume: 15 Issue: 2 Pages: 3145-3153
  • DOI: 10.3390/ijms15023145
  • NAID: 40019721683
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Alternative Macroautophagy and Mitophagy (2014)
  • Author(s): S. Shimizu, S. Honda, S. Arakawa, H. Yamaguchi
  • Journal Title: Int. J. Biochem. Cell Biol. Volume: 50 Pages: 64-66
  • DOI: 10.1016/j.biocel.2014.02.016
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Ulk1-mediated Atg5-independent macroautophagy mediates elimination of mitochondria from embryonic reticulocytes. (2014)
  • Author(s): S. Honda, S. Arakawa, Y. Nishida, H. Yamaguchi, E. Ishii, S. Shimizu,
  • Journal Title: Nature Communications Volume: press
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Inhibition of epithelial cell death by Bcl-2 improved chronic colitis in IL10 KO mice (2013)
  • Author(s): T. Mizushima, S. Arakawa, Y. Sanada, I. Yoshino, D. Miyazaki, H. Urushima, Y. Tsujimoto, T. Ito, S. Shimizu
  • Journal Title: Am J Pathol. Volume: 183 Issue: 6 Pages: 1936-1944
  • DOI: 10.1016/j.ajpath.2013.08.012
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] p53 Inhibits Vascular Endothelial Growth Factor Expression in Solid Tumor. (2012)
  • Author(s): Yasuhiko Yoshioka
  • Journal Title: Journal of Surgical Research Volume: 174 Issue: 2 Pages: 291-297
  • DOI: 10.1016/j.jss.2010.12.028
  • Peer Reviewed
• [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 & Microbe Volume: 11 Issue: 4 Pages: 325-336
  • DOI: 10.1016/j.chom.2012.03.001
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Hypertrophy and unconventional cell division of hepatocytes underlie liver regeneration. (2012)
  • Author(s): Yuichiro Miyaoka
  • Journal Title: Current Biology Volume: 22 Issue: 13 Pages: 1166-1175
  • DOI: 10.1016/j.cub.2012.05.016
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transformation of an antimicrobial peptide into a plasma membrane-permeable, mitochondria-targeted peptide via the substitution of lysine with arginine (2012)
  • Author(s): Ikuhiko Nakase, Shinya Okumura, Sayaka Katayama, Hisaaki Hirose, Silvia Pujals, Hirofumi Yamaguchi, Satoko Arakawa, Shigeomi Shimizu, Shiroh Futaki
  • Journal Title: Chemical Communications Volume: 48 Issue: 90 Pages: 11097-11099
  • DOI: 10.1039/c2cc35872g
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Biological Roles of Autophagic Cell Death (2013)
  • Author(s): Shimizu S
  • Organizer: CSH Asia conference on Mechanisms and Functions of Non-apoptotic Cell Death
  • Place of Presentation: Suzhou, China
  • Invited
• [Presentation] Mitophagy is regulated by Ulk1-dependent alternative macroautophagy during erythrocyte maturation (2013)
  • Author(s): Shimizu S
  • Organizer: International Symposium on Mitochondria
  • Place of Presentation: Tokyo, Japan
  • Invited
• [Presentation] オートファジーと細胞死のクロストーク (2013)
  • Author(s): 清水重臣
  • Organizer: 第22回日本Cell Death学会
  • Place of Presentation: 京都
  • Invited
• [Presentation] Maintenance of tissue homeostasis by dying cells and autophagy (2012)
  • Author(s): 清水重臣
  • Organizer: 第35回日本分子生物学会
  • Place of Presentation: 福岡市
  • Year and Date: 2012-12-11
• [Presentation] 様々なストレスに対応する為に機能するオートファジー (2012)
  • Author(s): 清水重臣
  • Organizer: 第16回日本統合医療学
  • Place of Presentation: 豊中市
  • Year and Date: 2012-12-08
  • Invited
• [Presentation] Molecular Mechanisms and Physiological Roles of Atg5/Atg7-independent Macroautophagy (2012)
  • Author(s): Shigeomi Shimizu
  • Organizer: The 6th Symposium on Autophagy
  • Place of Presentation: 名護市
  • Year and Date: 2012-10-28
• [Presentation] Alternative Macroautophagy and Cancer (2012)
  • Author(s): Shigeomi Shimizu
  • Organizer: 第71回日本癌学会
  • Place of Presentation: 札幌市
  • Year and Date: 2012-09-19
• [Book] AUTOPHAGY: Cancer, Other Pathologies, Inflammation, Immunity, and Infection.Vol. 2 (2014)
  • Author(s): S. Shimizu, S. Arakawa, Y. Nishida, H. Yamaguchi, T. Yoshida.
  • Total Pages: 250
  • Publisher: Academic Press,
• [Remarks] 難治疾患研究所 病態細胞生物学分野ホームページ
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/mri/section/pathophysiology/pcb/index.html
• [Remarks] 東京医科歯科大学 難治疾患研究所 病態細胞生物学分野ホームページ
  • URL: http://www.tmd.ac.jp/mri/pcb/index.html
• [Patent(Industrial Property Rights)] ベンゾチオフェン化合物、該化合物を有効成分と するオルタナティブオートファジー誘導剤及び抗癌 剤、並びに抗癌活性を有する化合物をスクリーニン グするための方法 (2013)
  • Inventor(s): 清水重臣、室橋道子、細谷孝充、 吉田優
  • Industrial Property Rights Holder: 国立大学法人東京医科歯科大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2013-02-07
  • Overseas