膜脂質を基軸としたオルガネラ連携ゾーンの解明

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Toward an integrative understanding of functional zones in organelles
• Project/Area Number: 17H06418
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 新井 洋由 東京大学, 大学院医学系研究科(医学部), 客員研究員 (40167987)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 向井 康治朗 東北大学, 生命科学研究科, 助教 (90767633) ; 河野 望 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 准教授 (50451852)
• Project Period (FY): 2017-06-30 – 2022-03-31
• Keywords: 膜脂質 / オルガネラ

Outline of Annual Research Achievements

1.細胞増殖シグナルにおけるリサイクリングエンドソーム(RE)応答ゾーンの解析。 Hippo/YAP経路は、細胞増殖停止期に転写調 節因子YAPがリ ン酸化される事により核移行が阻止され、逆に、細胞 増殖期ではYAPが脱リン酸化されることで増殖系の転写が活性化する。本年度では、PSが形成 するRE応答ゾーンにおいて制御受ける可能性があるホスファターゼに関して解析を行い、PPP1R12A/PP1BがYAPの脱リン酸化に寄与することを見出した。
2.自然免疫応答におけるゴルジ体⇒エンドソーム⇒リソソーム連携ゾーンの解析。 STINGは、ウイルス等の病原体由来のDNAに 応答して炎症を惹起するのに必要な蛋白質である。本年度はSTINGが活性化するトランスゴルジネットワークに特異的に局在する脂質分子を解析し、スフィンゴミエリンが集積したゴルジ体のゾーンがSTING経路の活性化の場となっている可能性を見出した。
3.TLR4 受容体における細胞膜応答ゾーンの解析
これまでに、DPPC という二本の脂肪酸鎖がともに飽和脂肪酸であるリン脂質がTLR4 の活性化を促進し、炎症応答を惹起すること、またマクロファージにDPPCが豊富に存在することを見出している。今年度は、腹腔マクロファージと肝臓（DPPCが少ない）において脂質代謝酵素の発現解析を行い、マクロファージに特徴的な脂質代謝系を抽出した。さらにマクロファージに特徴的な酵素の発現抑制をおこなった結果、マクロファージのDPPC産生に部分的にLPCAT1が関与することを明らかにした。また光反応性官能基を持つDPPC様脂質もDPPCと同様にTLR4活性化作用を持つことを見出した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

細胞増殖シグナルにおけるリサイクリングエンドソーム(RE)応答ゾーンの解析において、REのPSを認識して機能するホスファターゼとしてPPP1R12A/PP1Bを同定できたこと、
自然免疫応答におけるゴルジ体⇒エンドソーム⇒リソソーム連携ゾーンの解析において、STING経路の活性化ゾーン特異的な脂質分子を同定できたこと、
TLR4 受容体における細胞膜応答ゾーンの解析において、DPPC産生に部分的に関わる酵素を同定し、DPPCのターゲットタンパク質同定のための要素技術を確立したことから、
本研究は概ね順調に進展していると判断した。

Strategy for Future Research Activity

来年度はSTING経路の活性化にゴルジ体のスフィンゴミエリンゾーンが必要であるかを検討する。また、スフィンゴミエリンゾーンの性質を明らかにするために、スフィンゴミエリン結合プローブと近傍タンパク質ビオチン化タグを組み合わたコンストラクトを利用し、細胞内スフィンゴミエリンの近傍タンパク質を同定する。DPPCの産生、作用機構に関しては、DPPCの産生酵素とターゲットタンパク質を引き続き探索する。さらに、最近見出した非ミトコンドリア型カルジオリピンによるCUL3の機能制御について、非ミトコンドリア型カルジオリピンの産生経路と作用機構を明らかにする。

Research Products

• [Int'l Joint Research] University College London(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: University College London
• [Journal Article] FAM48A mediates compensatory autophagy induced by proteasome impairment (2019)
  • Author(s): Arata, Y., Watanabe, A., Motosugi, R., Iemura, S. I., Natsume, T., Mukai, K., Taguchi, T., Hirayama, S., Hamazaki, J., and Murata, S.
  • Journal Title: Genes Cells Volume: 24 Pages: 559-568
  • DOI: 10.1111/gtc.12708
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Innate immunity signalling and membrane trafficking (2019)
  • Author(s): Taguchi, T., and Mukai, K.
  • Journal Title: Curr Opin Cell Biol Volume: 59 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1016/j.ceb.2019.02.002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] STING palmitoylation as a therapeutic target (2019)
  • Author(s): Hansen, A. L., Mukai, K., Schopfer, F. J., Taguchi, T., and Holm, C. K.
  • Journal Title: Cell Mol Immunol Volume: 16 Pages: 236-241
  • DOI: 10.1038/s41423-019-0205-5
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Osh Proteins Control Nanoscale Lipid Organization Necessary for PI(4,5)P2 (2019)
  • Author(s): Nishimura, T., Gecht, M., Covino, R., Hummer, G., Surma, M. A., Klose, C., Arai, H., Kono, N., and Stefan, C. J.
  • Journal Title: Mol Cell Volume: 75 Pages: 1043-1057.e8
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2019.06.037
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Platelet-activating factor acetylhydrolases: An overview and update. (2019)
  • Author(s): Kono, N., and Arai, H.
  • Journal Title: Biochim Biophys Acta Mol Cell Biol Lipids Volume: 1864 Pages: 922-931
  • DOI: 10.1016/j.bbalip.2018.07.006
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Predominant localization of phosphatidylserine at the cytoplasmic leaflet of the ER, and its TMEM16K-dependent redistribution (2019)
  • Author(s): Tsuji, T., Cheng, J., Tatematsu, T., Ebata, A., Kamikawa, H., Fujita, A., Gyobu, S., Segawa, K., Arai, H., Taguchi, T., Nagata, S., and Fujimoto, T.
  • Journal Title: Proc Natl Acad Sci U S A Volume: 116 Pages: 13368-13373
  • DOI: 10.1073/pnas.1822025116
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Sirt1 counteracts decrease in membrane phospholipid unsaturation and diastolic dysfunction during saturated fatty acid overload (2019)
  • Author(s): Yamamoto, T., Endo, J., Kataoka, M., Matsuhashi, T., Katsumata, Y., Shirakawa, K., Yoshida, N., Isobe, S., Moriyama, H., Goto, S., Yamashita, K., Ohto-Nakanishi, T., Nakanishi, H., Shimanaka, Y., Kono, N., Shinmura, K., Arai, H., Fukuda, K., and Sano, M
  • Journal Title: J Mol Cell Cardiol Volume: 113 Pages: 1-11
  • DOI: 10.1016/j.yjmcc.2019.05.019
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vitamin C and vitamin E double-deficiency increased neuroinflammation and impaired conditioned fear memory (2019)
  • Author(s): Takahashi, K., Yanai, S., Takisawa, S., Kono, N., Arai, H., Nishida, Y., Yokota, T., Endo, S., and Ishigami, A
  • Journal Title: Arch Biochem Biophys Volume: 663 Pages: 120-128
  • DOI: 0.1016/j.abb.2019.01.003
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 病原体と宿主が交差するオルガネラ・ゾーン トランスゴルジネットワークの脂質ゾーンによるSTINGの活性制御機構の解析 (2019)
  • Author(s): 向井 康治朗, 仁木 隆裕, 新井 洋由, 田口 友彦
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] Identification of endogenous nitro-fatty acids as inhibitors of STING signaling (2019)
  • Author(s): Kojiro Mukai,Hiroyuki Arai,Tomohiko Taguchi,Christian K. Holm
  • Organizer: Protein Island Matsuyama 2019 Young Researchers' Meeting
• [Presentation] Endosomal phosphatidylserine is critical for the YAP signalling pathway in proliferating cells (2019)
  • Author(s): Kojiro Mukai,Tatsuyuki Matsudaira,Hiroyuki Arai,Tomohiko Taguchi
  • Organizer: Tohoku Forum for Creativity, Thematic Program 2019, International Symposium1: Cancer Etiology
• [Presentation] 高度不飽和脂肪酸(PUFA)を含むリン脂質の欠損は細胞膜直下のactin重合異常に起因する膜構造の変化を引き起こす (2019)
  • Author(s): 齊藤 友理,石野 雄己,向井 康治朗,荒木 伸一,田口 友彦,新井 洋由
  • Organizer: 第61回日本脂質生化学会
• [Presentation] ホスホイノシチド分析を目的とした超臨界流体クロマトグラフ（SFC）の開発と応用 (2019)
  • Author(s): 河野 望
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
  • Invited
• [Presentation] 生理活性脂肪酸の新規産生機構とその意義 (2019)
  • Author(s): 河野 望
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
• [Presentation] Identification of omega-3 fatty acid epoxides-producing enzymes in mast cells (2019)
  • Author(s): Nozomu Kono, Yuta Shimanaka, Yuki Tanaka, Kimihiro Kimura, Dai Mochizuki, Hiroyuki Arai
  • Organizer: 60th International Conference on the Bioscience of Lipids
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Lysophosphatidylinositol acyltransferase 1 (LPIAT1) deficiency causes hepatic steatosis (2019)
  • Author(s): Hiroyuki Arai, Nozomu Kono, Yuta Shimanaka,
  • Organizer: 60th International Conference on the Bioscience of Lipids
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Development of supercritical fluid chromatography (SFC) method which can separate and quantify phosphoinositides (PIPs) (2019)
  • Author(s): Yuta Shimanaka, Keiko Matsumoto, Yuki Tanaka, Nozomu Kono, Hiroyuki Arai
  • Organizer: 60th International Conference on the Bioscience of Lipids
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A proximity labeling strategy provides insights into proteomes of early endosome (2019)
  • Author(s): Shenwei Ni, Kojiro Mukai, Takehiro Suzuki, Naoshi Dohmae, Hioryuki Arai, Tomohiko Taguchi
  • Organizer: 60th International Conference on the Bioscience of Lipids
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Generation of non-toxic Equinatoxin-II unveiled intracellular distribution of sphingomyelin in the cytosolic leaflet of biomembranes (2019)
  • Author(s): Takahiro Niki, Asami Makino, Kojiro Mukai, Toshihide Kobayashi, Tomohiko Taguchi, Hiroyuki Arai
  • Organizer: 60th International Conference on the Bioscience of Lipids
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Dominant mutations of PSS1 impaired osteoclast fusion - a model of Lenz-Majewski syndrome - (2019)
  • Author(s): Sari Sugahara, Yuta Shimanaka, Nozomu Kono, Hiroyuki Arai
  • Organizer: 60th International Conference on the Bioscience of Lipids
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Changes in liver phosphatidylinositol species affect whole body metabolism (2019)
  • Author(s): Yuki Tanaka, Yuta Shimanaka, Nozomu Kono, Hiroyuki Arai
  • Organizer: 60th International Conference on the Bioscience of Lipids
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 高度不飽和脂肪酸(PUFA)を含むリン脂質の欠損は細胞膜直下の actin 重 合異常に起因する膜構造の変化を引き起こす (2019)
  • Author(s): 齊藤友理, 石野雄己, 向井康治朗, 荒木伸一, 田口友彦, 新井洋由
  • Organizer: 第61回日本脂質生化学会
• [Presentation] CDPジアシルグリセロール合成酵素1の精子形成における機能 (2019)
  • Author(s): 河野望, 赤木聡介, 嶋中雄太, 可野邦行, 青木淳賢, 新井洋由
  • Organizer: 第61回日本脂質生化学会
• [Presentation] 小胞体ストレス応答を惹起する飽和脂肪酸含有リン脂質分子種の探索 (2019)
  • Author(s): 山岸洸太, 神田麻優香, 河野望, 新井洋由
  • Organizer: フォーラム2019 衛生薬学・環境トキシコロジー
• [Presentation] 精子細胞特異的リン脂質分子種TPCLの生理機能の解析 (2019)
  • Author(s): 望月大, 赤木聡介, 嶋中雄太, 新井洋由, 河野望
  • Organizer: フォーラム2019 衛生薬学・環境トキシコロジー
• [Presentation] マスト細胞におけるエポキシ化オメガ3脂肪酸産生酵素の同 (2019)
  • Author(s): 河野望, 田中悠貴, 嶋中雄太, 新井洋由
  • Organizer: フォーラム2019 衛生薬学・環境トキシコロジー
• [Presentation] 精子細胞特異的なリン脂質分子種の生理機能の解析 (2019)
  • Author(s): 望月大, 赤木聡介, 嶋中雄太, 新井洋由, 河野望
  • Organizer: 第１８回次世代を担う若手ファーマ・バイオフォーラム2019
• [Presentation] イノシトール欠乏によるIre1活性化に関わる脂質分子の探索 (2019)
  • Author(s): 山岸洸太, 張__, 新井洋由, 河野望
  • Organizer: 第１８回次世代を担う若手ファーマ・バイオフォーラム2019
• [Presentation] ホスファチジルセリン合成酵素PSS1の活性制御機構の解明 (2019)
  • Author(s): 澤田晃希, 菅原小莉, 新井洋由, 河野望
  • Organizer: 第１８回次世代を担う若手ファーマ・バイオフォーラム2019
• [Presentation] 新規活性脂質エポキシ化オメガ3脂肪酸のターゲット分子の探索 (2019)
  • Author(s): 木村公鴻, 嶋中雄太, 新井洋由, 河野望
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
• [Presentation] ホスファチジルイノシトール特異的脂肪酸転移酵素(LPIAT1)の欠損による脂肪肝発症機構の解明 (2019)
  • Author(s): 田中悠貴, 嶋中雄太, 河野望, 新井洋由
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
• [Presentation] 飽和脂肪酸によるIRE1活性化に関わる分子の解析 (2019)
  • Author(s): 葛西峻輔, 赤木聡介, 河野望, 新井洋由
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
• [Presentation] PS合成酵素PSS1のヘテロ顕性変異により破骨細胞の多核化が抑制される (2019)
  • Author(s): 菅原小莉, 嶋中雄太, 新井洋由, 河野望
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
• [Presentation] 飽和型ホスファチジルコリンのマクロファージにおける機能解明 (2019)
  • Author(s): 大木悠佑, 嶋中雄太, 河野望, 新井洋由
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
• [Presentation] 小胞体ストレス応答を惹起する飽和脂肪酸含有リン脂質の探索 (2019)
  • Author(s): 山岸洸太, 神田麻優香, 河野望, 新井洋由
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
• [Presentation] 精巣の精子特異的カルジオリピンTPCLの生理機能の解析 (2019)
  • Author(s): 望月大, 赤木聡介, 嶋中雄太, 新井洋由, 河野望
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
• [Presentation] 高度不飽和脂肪酸(PUFA)を含むリン脂質の欠損は細胞膜直下のアクチン重合異常に起因する膜構造の変化を引き起こす (2019)
  • Author(s): 齊藤友理, 石野雄己, 向井康治朗, 荒木伸一, 田口友彦, 新井洋由
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
• [Presentation] 多価不飽和脂肪酸含有リン脂質のエフェクタータンパク質の探索 (2019)
  • Author(s): 石野雄己, 齊藤友理, 向井康治朗, 末次志郎, 田口友彦, 新井洋由4
  • Organizer: 第92回日本生化学会大会
• [Presentation] 新規活性脂質エポキシ化オメガ3脂肪酸の産生機構の解明 (2019)
  • Author(s): 木村公鴻, 田中悠貴, 嶋中雄太, 河野望, 新井洋由
  • Organizer: 生命科学ネットワークシンポジウム
• [Book] 生化学 (2019)
  • Author(s): 向井康治朗 田口友彦
  • Total Pages: 5
  • Publisher: 日本生化学会
• [Book] 実験医学別冊 脂質解析ハンドブック 脂質分子の正しい理解と取扱い・データ取得の技術 (2019)
  • Author(s): 田口友彦 向井康治朗
  • Total Pages: 10
  • Publisher: 羊土社
• [Book] 組織細胞化学2019 －組織細胞化学の基礎と応用：分子を観る、細胞を知る、機能を探る－ (2019)
  • Author(s): 向井康治朗
  • Total Pages: 10
  • Publisher: 日本組織細胞化学会
• [Book] The Lipid (2019)
  • Author(s): 河野望
  • Total Pages: 10
  • Publisher: メディカルレビュー社
• [Book] 腎臓内科・泌尿器科 (2019)
  • Author(s): 河野望
  • Total Pages: 8
  • Publisher: 科学評論社
• [Book] 医学のあゆみ (2019)
  • Author(s): 河野望
  • Total Pages: 6
  • Publisher: 医歯薬出版株式会社
• [Book] 実験医学別冊 脂質解析ハンドブック (2019)
  • Author(s): 新井洋由 河野望
  • Total Pages: 9
  • Publisher: 羊土社