プロトン・ポンプの高次細胞機能の発現と疾病に関する研究

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 15687004
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 孫 戈虹 (和田 戈虹) 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (00314427)
• Keywords: 酸性環境 / 液胞型プロトンATPase / 破骨細胞 / 腎アシドーシス / シナプス小胞 / アクロソーム

Research Abstract

動物個体には多彩な酸性環境が形成されている.細胞内においては,細胞内膜系のオルガネラ,すなわち,ゴルジ体,エンドソーム,リソソームなどの内部は酸性に保たれている.個体レベルでは、骨吸収窩,尿細管,膀胱,輸精管などの内腔も酸性である.細胞の内外に形成されている様々な酸性環境は、タンパク質分解,小胞輸送をはじめ,免疫・神経機能,骨代謝,イオン恒常維持などに重要な役割を果たしている.これらの酸性環境の形成に中心的な役割を果たしているのは,液胞型プロトンATPase (V-ATPase)とよばれる複数のサブユニットからなるプロトン・ポンプである.研究代表者らは,V-ATPaseの機能が哺乳類の初期発生に必須であることを示した.すなわち,ジーンターゲティング法により作出したV-ATPaseの欠損マウスの表現型を詳細に調べ,V-ATPaseを欠損した胚は胞盤胚期まで発生するが,着床直後の段階で致死となることを示した.さらに,マウスおよびヒトのV-ATPaseの複数のサブユニット・イソフォームを同定し,その発現様式を明らかにしてきた.そのうち,a3アイソフォームを持つV-ATPaseが破骨細胞への分化に従って,その局在がリソソームから形質膜へ変化することを見出した.この結果は,a3遺伝子欠損マウスが大理石病の表現型を示すこと,胎児悪性大理石病患者のa3をコードする遺伝子に5種類の変異が見いだされたことなどの最近の報告とよく一致する.また,B2とa4イソフォームが遺伝性遠位尿細管アシドーシスの原因適伝子であることが明らかとなった.遺伝病との関連はまだ不明であるが,G2,C2,E1イソフォームがそれぞれ中枢神経細胞シナプス小胞,肺胞上皮細胞ラメラボーディ、精子先体に特異的に局在し,酵素の活性調節、特定の膜へのターゲティングに重要な役割を持つことが明らかとなった.これらの成果は,固体レベルでの生理機能を明らかにする上で基盤となるものである.

Research Products

• [Publications] Sun-Wada, G-H, Kamei, Y., Wada, Y., Futai, M.: "Regulatory elements directing gut-specific expression of GATA6 gene during mouse early development."J.Biochem.. in press. (2004)
• [Publications] Sun-Wada, G-H, Y., Murata, Y., Namba, M., Wada, Y., Futai, M.: "Mouse proton pump ATPase C subunit isoforms (C2-a and C2-b) specifically expressed in kidney and lung."J.Biol.Chem.. 278. 44843-44851 (2003)
• [Publications] Toyomura, T., Murata, Y., Yamamoto, A., Oka, T., Sun-Wada, G-H., Wada, Y., Futai, M.: "From lysosomes to plasma membrane : localization of vacuolar type H^+-ATPase with the a3 isoform during osteoclast differentiation."J.Biol.Chem.. 278. 22023-22030 (2003)
• [Publications] Hirata, T., Iwamoto-Kihara, A., Sun-Wada, G-H, Okajima, T., Wada, Y., Futai, M.: "Subunit rotation of vacuolar-type proton pumping ATPase : Relative rotation of G as to c subunit."J.Biol.Chem.. 278. 23714-23719 (2003)
• [Publications] Sun-Wada, G-H, Yoshimizu, T., Imai-Senga, Y., Wada, Y., Futai, M.: "Diversity of mouse proton-translocating ATPase : Presence of multiple isoforms of the C, d and G subunits."Gene. 302. 147-153 (2003)
• [Publications] Sun-Wada, G-H, Wada, Y., Futai, M.: "Lysosome and lysosome-related organelles responsible for specialized functions in higher organisms."Cell Struct.Func.. 28. 28:455-28:463 (2003)
• [Publications] Sun-Wada, G-H, Wada, Y., Futai, M.: "Vacuolar H^+ pumping ATPases in luminal acidic organelles and extracellular compartments : Common rotational mechanism and diverse physiological roles."J.Bioenerg.Biomemb.. 35. 347-358 (2003)
• [Publications] Sun-Wada, G-H, Wada, Y., Futai, M.: "ATPase Handbook, Ion Pumping ATPases : Biochemistry, Cell Biology, and Pathophysiology.eds.Futai, M., Kaplan, J., Wada, Y."STM Books, Wiley VCH, Weinheim, Germany(in press). (2004)
• [Publications] Futai, M., Sun-Wada, G-H, Wada, Y.: "ATPase Handbook, Ion Pumping ATPases : Biochemistry, Cell Biology, and Pathophysiology.eds.Futai, M., Kaplan, J., Wada, Y."STM Books, Wiley VCH, Weinheim, Germany(in press). (2004)