2020 Fiscal Year Annual Research Report
Protein metalation that controls biometal dynamics in the cells
| Project Area | Integrated Biometal Science: Research to Explore Dynamics of Metals in Cellular System |
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| Project/Area Number |
19H05768
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
神戸 大朋 京都大学, 生命科学研究科, 准教授 (90303875)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
宗兼 将之 神戸薬科大学, 薬学部, 特任助教 (80804806)
杉本 宏 国立研究開発法人理化学研究所, 放射光科学研究センター, 専任研究員 (90344043)
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| Project Period (FY) |
2019-06-28 – 2024-03-31
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| Keywords | 亜鉛輸送体 / メタレーション / 生命金属 / 有害金属 / 体内動態 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
早期分泌経路に局在するZn輸送体であるZNT5-ZNT6ヘテロ複合体とZNT7ホモ複合体は、ALPなどのエクト型亜鉛要求性酵素の活性化に重要な役割を果たす。このZNT5-ZNT6ヘテロ複合体とZNT7ホモ複合体を介したZnメタレーションの鍵となるタンパク質を同定するために、Znコンディショナルプロテオミクス解析および定量プロテオミクスを実施し、候補タンパク質をスクリーニングする基盤を確立した。Znメタレーションが脂質代謝異常症と関連することや、Cu及びZnメタレーションがメラニン色素生合成に関わる酵素群の活性化に関与することを示す分子知見を得ることにも成功し、生命金属メタレーションの分子機序解明に向けて多方面から解析できる状況を構築した。
また、Zn輸送体の中で細胞表面において唯一発現して、エクスポーターとして機能するZNT1の発現が、有害金属により劇的に減少することを見出した。このZNT1の発現抑制が、有害金属の毒性発現に関連することを示唆する結果を得ることにも成功した。さらに、細胞外からの金属流入が毒性発現に結びつく機序を解析するために、Flp-In T-RExシステムを利用して、Doxycycline依存的に様々なZn輸送体、Cu輸送体、Fe輸送体を誘導発現できる細胞の樹立にも成功した。本システムを通じて、金属輸送体でインポーターとして働くZIPの誘導発現により取り込まれたZnやCu、Feなどの生命金属あるいはMnなどの有害金属が、ZNT1の発現やZnメタレーションに及ぼす影響を解析することが可能となり、現在、解析を進めている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
Znメタレーションが脂質代謝異常症と関連することや、Znメタレーションの鍵と予想されるタンパク質をスクリーニングする基盤の確立に成功するなど予定した計画通りに進展したことに加え、Cu及びZnメタレーションがメラニン色素生合成に関わる酵素群の活性化に関与することを示す分子知見を得るなど、予想以上の成果を得ることができた。さらに、【研究項目A03】においても、生命金属（Zn/Fe/Cu）の輸送体の欠損株やFLp-In T-Rexシステムを用いて生命金属輸送体の発現をオンオフできるシスステムを組み込んだ細胞の樹立が順調に進行すると同時に、すでに解析にも着手している状況にあり、当初予定していた計画以上に順調に進展していると判断している。
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| Strategy for Future Research Activity |
【生命金属科学基盤構築】
1. Zn輸送体を介したZnメタレーションの鍵となる候補タンパク質をスクリーニングし、その機能解析を実施する。この解析に合わせて、Zn輸送体が標的にするタンパク質に関する知見を蓄積し、Znメタレーションから生理機能発現までの分子機序の解明を目指す。
2. 1の解析に関連して、がんの増殖に密接に関連するエクト型Zn酵素の活性が、ZNT輸送体を欠損させた細胞では消失することを見いだした。ZNT輸送体を欠損させたがん細胞株をヌードマウスに移植してがん細胞の増殖にどのように影響を与えるのか解析（Xenograft）を進め、Znメタレーションの過程の生理的意義に関する知見を集める。
2. Cu及びZnメタレーションがメラニン色素生合成に関わる酵素群の活性化に関与することを示す知見を得ており、この過程の機序を解明する。
【研究項目A03】有害金属の生体内動態と作用機序
これまでに樹立した、ヒトHAP1細胞を用いて生命金属（Zn/Fe/Cu）の輸送体の欠損株および複数の輸送体を同時に欠損させた多重欠損株、および生命金属輸送体の発現をオンオフできるシステムを組み込んだ細胞を用いて、各金属輸送体の発現を変化させたときの細胞の応答を解析する。また、樹立株に有害金属を作用させ、それぞれの輸送体の有害金属輸送および発現変化に関する知見を集積する。
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