2016 Fiscal Year Research-status Report
ミトコンドリア形態制御におけるＡＡＡ型分子シャペロンＣｄｃ４８の役割
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15K07007
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| Research Institution | Kumamoto University |
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Principal Investigator |
江崎 雅俊 熊本大学, 発生医学研究所, 助教 (70437911)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | ミトコンドリア / AAAタンパク質 / タンパク質分解 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
細胞内でミトコンドリアは，融合と分裂を頻繁に繰り返している。この動的変化はミトコンドリアの活性維持に必須である。私たちは，出芽酵母を用いた研究によって，Cdc48 の機能欠損が特にミトコンドリアの融合反応不全を引き起こすことを見出した。
Cdc48はサイトゾルに局在するAAAシャペロンで，ユビキチン化されたタンパク質を主な基質とし，その高次構造をほどいたり，複合体を脱会合したりすると考えられている。これまでに，ミトコンドリア融合反応に必須なミトコンドリア外膜タンパク質であるFzo1が，Cdc48機能欠損株では安定化されていることを見出した。そこで，我々はFzo1の分解を促進することによってCdc48はミトコンドリア融合反応を制御しているという仮説をたてた。
Cdc48は様々なアダプタータンパク質とともに機能していると考えられている。そこで，Cdc48のアダプター因子の遺伝子を欠失した酵母株を作製し，それぞれのミトコンドリア形態を観察した。その結果，UBP3欠失株において著しいミトコンドリア形態異常が観察され，OTU1およびUBX2欠失株においてミトコンドリア形態異常がやや観察された。また，UBX5欠失株は，ミトコンドリアの呼吸能を失っていることがわかり，UBX5とUBX2の二重欠失株はそれぞれ単独欠失株よりも強いミトコンドリア形態異常が観察された。
近年，Cdc48のアダプター因子であるDoa1の欠失株において，ミトコンドリア外膜タンパク質の分解異常が観察されることが報告された。しかしながらDOA1欠失株では，ミトコンドリア形態異常は観察されず，Fzo1の分解阻害も見られなかった。これらのことから，ミトコンドリア上では，複数のCdc48アダプター分子が異なった反応を仲介している可能性が考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ミトコンドリア形態異常が観察されたUBP3，OTU1，UBX2，およびUBX5の各遺伝子欠失株，UBX2とUBX5と同時に欠失した二重欠失株について，Fzo1をはじめとしたミトコンドリア外膜タンパク質の安定性を検討した。その結果，UBX2・UBX5二重欠失株において，ほとんどの外膜タンパク質の安定化が観察された。また，例えば，UBX2欠失株ではTom70の安定化がみられ，DOA1欠失株ではMdm34の安定化が観察されるなど，異なったアダプター分子が異なったミトコンドリア外膜タンパク質の分解に寄与していることが明らかとなり，ミトコンドリア上では様々なCdc48アダプター分子が機能していることがわかった。
一方，ミトコンドリア形態異常とFzo1の安定化との相関関係はあまりみられず，Cdc48によるミトコンドリア融合反応の促進は，Fzo1の分解促進によるものではない可能性が浮上した。
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| Strategy for Future Research Activity |
Cdc48は，いかにしてミトコンドリア融合を制御しているのか，その分子基盤の全容を解明することが本研究課題の目的である。Cdc48の基質候補としてFzo1を我々はすでに同定している。
Fzo1は，N 末端領域でミトコンドリア外膜に結合し，タンパク質の大部分をサイトゾルに露出した構造をとっている。ミトコンドリア膜融合の過程において，異なるミトコンドリア上にあるFzo1同士がtrans複合体を形成し，これによって異なるミトコンドリア外膜が近接し，融合反応が起こると考えられている。このtrans複合体は何らかの方法によって解体されなければならないが，タンパク質分解反応によって解体されるのか，それとも脱会合されてリサイクルされるのかなど，その過程は全くわかっていない。これまでの研究結果から，Fzo1の分解速度とミトコンドリア融合反応に相関関係があまりないことがわかった。したがって，Fzo1のtrans複合体は，Cdc48によって脱会合され，これによってミトコンドリア融合反応が進行する可能性が考えられる。
そこで，Cdc48のアダプター欠失株において，Fzo1のtrans複合体をモニターすることで，この仮説を検証する。
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| Causes of Carryover |
当初，我々はFzo1の分解を促進することによってCdc48はミトコンドリア融合反応を制御しているという仮説をたてた。しかし，これを検証したところ，Cdc48は，Fzo1の分解反応を促進するものの，ミトコンドリア融合反応異常が観察される条件において，Fzo1の分解促進は正常であることがわかった。したがって，当初の仮説は否定された。そこで，Fzo1の複合体形成・解体をCdc48が制御することによって，ミトコンドリア融合反応を制御しているという新しい仮説を立て，これを検証することとした。したがって，当初予定していた変異体解析を延期したため，次年度使用額が生じた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
新しい仮説を検証した後，この反応を詳細に解析する。当初の仮説とは異なるが，変異体解析など手法は同じである。
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Research Products
(1 results)
