ミトコンドリアの共生を規定する、排除と維持の監視メカニズムの解明

• Project Area: "Matryoshka"-type evolution of eukaryotes
• Project/Area Number: 26117727
• 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: Juntendo University
• Principal Investigator: 今居 譲 順天堂大学, 医学(系)研究科(研究院), 准教授 (30321730)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000); Fiscal Year 2015: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000); Fiscal Year 2014: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
• Keywords: ミトコンドリア / ユビキチンリガーゼ / キナーゼ / パーキンソン病 / 神経変性疾患 / ドーパミン神経 / ショウジョウバエ / マイトファジー / Parkin / PINK1 / ユビキチン / リン酸化

Outline of Annual Research Achievements

膜電位の低下したミトコンドリアにParkinを呼び寄せる機構として、PINK1によるParkinおよびユビキチン鎖のリン酸化がその本態であることを、昨年度明らかにした。今年度はそれを受け、Parkinと共にリン酸化ユビキチン鎖に呼び寄せられる分子群を質量分析解析とRNA干渉スクリーニング、ショウジョウバエ（以下、ハエと表記）による遺伝的相互作用により同定し、その機能喪失が及ぼす影響をノックアウト細胞において解析した。これら分子はオートファジーに関与することが示唆され、本計画はさらに遂行中である。
一方、個体レベル、特にヒトにおいてのリン酸化ユビキチンシグナルの関与の評価に関しても研究を進めた。具体的には、まずPINK1, Parkinノックアウトハエにおいてリン酸化ユビキチンシグナルの検出を行い、Parkinノックアウトハエで顕著な蓄積を認めた。対照的にPINK1ノックアウトハエでは全く認められず、培養細胞と同様のシグナル伝達が働いていることが示唆された。さらにiPS細胞をドーパミン神経に分化させ、人為的に膜電位低下させた。その結果、Parkin変異によりリン酸化ユビキチン形成が低下することが明らかとなった。ヒトにおいては、遺伝性および孤発性パーキンソン病、筋萎縮性側索硬化症、多系統萎縮症病理切片を用いてリン酸化ユビキチンシグナルの検出を試み、疾患特異性を評価した。これら一連のリン酸化ユビキチンシグナルの解析は、次年度の前半までにデータをまとめ発表予定である。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Northwestern University(米国)
• [Int'l Joint Research] Pennsylvania State University/Max-Planck Institute/Stanford University(米国)
• [Int'l Joint Research] United Arab Emirates University/Lund University/University of Thrace(アラブ首長国連邦)
• [Journal Article] Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy (3rd edition) (2016)
  • Author(s): Klionsky DJ., Abdelmohsen K., Abe A., Abedin MJ.,Inomata M., et al.
  • Journal Title: Autophagy Volume: 12(1) Issue: 1 Pages: 1-222
  • DOI: 10.1080/15548627.2015.1100356
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Current Topics「PINK1とParkinが紡ぐリン酸化ポリユビキチンの鎖が、Parkinをミトコンドリアへと局在化させる」 (2015)
  • Author(s): 今居 譲、柴佳保里、服部信孝
  • Journal Title: 実験医学 Volume: 33 Pages: 940-943
• [Journal Article] Phosphorylation of mitochondrial polyubiquitin by PINK1 promotes Parkin mitochondrial tethering. (2014)
  • Author(s): Shiba-Fukushima K, Arano T, Matsumoto G, Inoshita T, Yoshida S, Ishihama Y, Ryu KY, Nukina N, Hattori N, Imai Y.
  • Journal Title: PLoS Genet. Volume: 10 Issue: 12 Pages: 1004861-1004861
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1004861
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Lysine 63-linked polyubiquitination is dispensable for Parkin-mediated mitophagy. (2014)
  • Author(s): Shiba-Fukushima K, Inoshita T, Hattori N, Imai Y.
  • Journal Title: J Biol Chem. Volume: 289 Issue: 48 Pages: 33131-6
  • DOI: 10.1074/jbc.c114.580944
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] PINK1-mediated phosphorylation of Parkin boosts Parkin activity in Drosophila. (2014)
  • Author(s): Shiba-Fukushima K, Inoshita T, Hattori N, Imai Y.
  • Journal Title: PLoS Genet. Volume: Jun 5;10(6) Issue: 6 Pages: 1004391-1004391
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1004391
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Regulation by mitophagy (2014)
  • Author(s): Hattori N, Saiki S, Imai Y.
  • Journal Title: Int J Biochem Cell Biol. Volume: 53 Pages: 147-50
  • DOI: 10.1016/j.biocel.2014.05.012
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] ショウジョウバエを用いた遺伝性パーキンソン病の発症機序の研究 (2014)
  • Author(s): 今居 譲
  • Journal Title: Aging & Health Volume: 23 Pages: 38-41
• [Presentation] ショウジョウバエ分子遺伝学を利用した遺伝性パーキンソン病へのアプローチ ワークショップ 神経変性疾患の原因を遺伝子レベルからアプローチする (2015)
  • Author(s): 今居 譲
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-03
• [Presentation] PINK1-Parkinシグナルによるミトコンドリアの品質管理機構 (2015)
  • Author(s): 柴 佳保里、今居 譲、服部信孝
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-03
  • Invited
• [Presentation] Phosphorylation of Mitochondrial Polyubiquitin by PINK1 Promotes Parkin Mitochondrial Tethering (2015)
  • Author(s): Shiba-Fukushima K, Arano T, Matsumoto G, Inoshita T, Yoshida S, Ishihama Y, Ryu K-K, Nukina N, Imai Y, Hattori N
  • Organizer: 第56回日本神経学会学術大会
  • Place of Presentation: 朱鷺メッセ（新潟県新潟市）
  • Year and Date: 2015-05-23
• [Presentation] PINK1によるリン酸化ポリユビキチン鎖のミトコンドリア上での形成は、Parkinのミトコンドリア局在を促す (2014)
  • Author(s): 今居 譲
  • Organizer: 第37回日本分子生物学会年会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜）
  • Year and Date: 2014-11-26
• [Presentation] Lysine 63-linked polyubiquitination is dispensable for Parkin-mediated mitophagy (2014)
  • Author(s): Shiba-Fukushima K, Inoshita T, Hattori N, Imai Y
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜）
  • Year and Date: 2014-09-11
• [Presentation] Mitochondrial quality control by the gene products of early-onset Parkinson's disease (2014)
  • Author(s): 今居 譲
  • Organizer: 第37回日本神経科学大会
  • Place of Presentation: パシフィコ横浜（神奈川県・横浜）
  • Year and Date: 2014-09-11
  • Invited
• [Presentation] PINK1によるParkin機能制御の分子基盤と神経機能への影響 (2014)
  • Author(s): 今居 譲
  • Organizer: 第55回日本神経学会学術大会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡県・福岡市）
  • Year and Date: 2014-05-24
• [Presentation] PINK1-Parkinミトコンドリア品質管理機構に関与する分子の探索 (2014)
  • Author(s): 柴 佳保里、井下 強、梅崎 勇次郎、今居 譲、服部 信孝
  • Organizer: 第55回日本神経学会学術大会
  • Place of Presentation: 福岡国際会議場（福岡県・福岡市）
  • Year and Date: 2014-05-23
• [Book] Cell Death - Autophagy, Necrosis and Apoptosis (2015)
  • Author(s): Arano T, Imai Y
  • Total Pages: 434
  • Publisher: InTech
• [Book] 実験医学 (2015)
  • Author(s): 今居 譲、柴佳保里、服部信孝
  • Publisher: 羊土社
• [Remarks] 順天堂大学 パーキンソン病病態解明研究講座 紹介
  • URL: http://www.juntendo-neurology.com/pdf/kenkyu-imai.pdf
• [Remarks] 研究紹介
  • URL: http://www.juntendo-neurology.com/n-kenkyu-syoukai.html
• [Remarks] パーキンソン病の2つの原因遺伝子が神経保護する仕組みを解明
  • URL: http://www.juntendo.ac.jp/graduate/pdf/news14.pdf
• [Remarks] パーキンソン病の2つの原因遺伝子の関係についての新たな知見
  • URL: http://www.juntendo.ac.jp/graduate/pdf/news10.pdf
• [Patent(Industrial Property Rights)] ミトコンドリア品質管理酵素Parkin活性化剤のスクリーニング法 (2016)
  • Inventor(s): 今居 譲、服部 信孝、福嶋佳保里、荒野 拓
  • Industrial Property Rights Holder: 今居 譲、服部 信孝、福嶋佳保里、荒野 拓
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2016-02-01