2018 Fiscal Year Research-status Report
再構成アプローチから迫る細胞内膜テザリング・膜融合の分子機構
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17K07386
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
三間 穣治 大阪大学, 蛋白質研究所, 准教授 (30335301)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | 細胞内膜交通 / 細胞内小胞輸送 / メンブレントラフィック / 膜テザリング / Rab GTPase / Small GTPase / 低分子量Gタンパク質 / 膜融合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ヒトを含む高等動物をはじめ全ての真核細胞は、時空間的に非常に厳密に制御された細胞内膜交通・小胞輸送（メンブレントラフィック）と総称される仕組みにより、翻訳・生合成されたタンパク質や生体膜を構成するリン脂質を含め様々な細胞内の物質を、細胞小器官オルガネラ群や細胞質膜、そして細胞外へと正確に運搬・配置・分泌している。この細胞内膜交通・小胞輸送の仕組みは、正常な細胞機能に必要不可欠な根源的な細胞内インフラである。膜テザリングは、細胞内膜交通における主要な素反応であるが、輸送小胞と標的膜が（膜ドッキング・膜融合する前に）最初に互いを認識し接触する過程であり、膜交通の場所選択性・特異性を制御・決定するうえで最も重要な過程である。本課題は、この細胞内において高度に選択的な「膜テザリング反応」を真に駆動する仕組みを解明することを目指し、膜テザリングに必須の中核因子であるヒトRab低分子量GTPaseファミリーを研究対象とし、再構成ヒトRabプロテオリポソーム膜動態アッセイ系を駆使した網羅的な機能解析を展開した。具体的には、ヒト細胞の代表的なオルガネラ群を対象に、それらに局在する主要なヒトRabファミリータンパク質10種類の再構成系を構築した。そして、同種のRab同士による膜テザリング（ホモティピックなRabの組合わせ：Rab5-Rab5など）に加えて、異種のRab同士による膜テザリング（ヘテロティピックなRabの組合わせ：Rab1-Rab9など）も対象とすることで、Rabが駆動する細胞内膜テザリング反応の選択性を網羅的かつ定量的に解析した。それらヒトRab依存性膜テザリング反応の分子機構に関する新たな知見は原著論文（Segawa, Tamura, Mima, JBC, 2019）として発表した。
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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
本課題の主要な目的の一つである、細胞内において高度に選択的な「膜テザリング反応」の仕組みの解明について、必須の中核因子であるヒトRab GTPaseファミリーを対象に、再構成ヒトRabプロテオリポソーム膜動態アッセイ系を駆使した機能解析を推進し、その定量解析法も新たに確立した。多様な細胞小器官オルガネラ群に局在する代表的なヒトRab低分子量Gタンパク質群10種類（Rab1a, Rab3a, Rab4a, Rab5a, Rab6a, Rab7a, Rab9a, Rab11a, Rab27a, Rab33b）の再構成系の構築および2種類の独立した定量解析アッセイ法の構築に成功し、同種のRab同士による膜テザリングおよび異種のRab同士による膜テザリングを対象に、ヒトRabが駆動する細胞内膜テザリング反応の選択性の網羅的な解析を達成した。これらの成果を原著論文として発表した（Segawa, Tamura, Mima, JBC, 2019）。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまで、ヒト細胞の主要な細胞小器官オルガネラ群を対象に、それらに局在する代表的なヒトRab GTPase群10種類（Rab1a, Rab3a, Rab4a, Rab5a, Rab6a, Rab7a, Rab9a, Rab11a, Rab27a, Rab33b）の再構成系の構築を完了し、同種のRab同士による膜テザリング（homotypic membrane tethering）および異種のRab同士による膜テザリング（heterotypic membrane tethering）を対象に、Rabタンパク質分子そのものが駆動する細胞内膜テザリング反応の選択性の網羅的な解析、および得られた生化学データの定量的評価を行った。今後、これら構築した再構成プロテオリポソーム実験系と現在までのRab単独の反応系による研究成果を基盤に、生理的な条件下で物理的・機能的に相互作用する分子群（クラスVミオシンなどのモータータンパク質を含めたRabエフェクタータンパク質群など）を含む新たな再構成系の構築に着手する。また、Rabタンパク質分子内における、Rab依存性膜テザリングの駆動に必須の領域・ドメイン構造の決定をはじめ、Rabが駆動する細胞内膜テザリング反応の構造基盤に迫ることにも挑戦する。
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