2021 Fiscal Year Final Research Report

Insights on the mechanism of mitochondrial diseases

Research Project

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Project/Area Number	19H03436
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 49010:Pathological biochemistry-related
Research Institution	Nagasaki University
Principal Investigator	Kita Kiyoshi 長崎大学, 熱帯医学・グローバルヘルス研究科, 教授 (90134444)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	稲岡健ダニエル長崎大学, 熱帯医学研究所, 准教授 (10623803) 小笠原絵美大阪大学, 理学研究科, 助教 (70778274)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	ミトコンドリア病 / 呼吸鎖 / 酸化的リン酸化 / 代替経路 / 代謝
Outline of Final Research Achievements	In eukaryotic cells, most of intracellular ATP is synthesized by oxidative phosphorylation (OXPHOS) and ATP synthase. In mitochondrial diseases, it is generally accepted that OXPHOS is defective, however, it is still unclear which function(s) of OXPHOS affects the disease development. In Trypanosomatid, AOX functions as terminal oxidase and ATP is synthesized by ASCT (acetate:succinate CoA transferase). We have engineered mitochondrial alternative energy metabolism pathways in HeLa cells and analyzed the effect of rescuing deficit in OXPHOS induced by specific inhibitors. TAO or ASCT expressing cells become Antimycin A or Oligomycin A resistant, and restored oxygen consumption rate or ATP levels, respectively. In conclusion, we provide a proof-of-concept that non-canonical trypanosomal alternative energy metabolism pathways can be successfully engineered in HeLa cells, and used as tools to study in detail the molecular mechanism of mitochondrial diseases.
Free Research Field	寄生虫学　生化学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	ミトコンドリア病の発症は、ミトコンドリア機能の破綻と関連するとされるがその発症分子機構は未解明である。ATP量の回復による病態回復例はあるが、ATPはエネルギー代謝の最終産物であるため「エネルギー代謝経路全体」と「ATP合成の回復」を分けてそれぞれの重要性を解析することは不可能であった。本研究は世界で初めて、トリパノソーマ原虫由来代替エネルギー代謝酵素ASCT及びAOXをミトコンドリア病発症機構の解析に応用することを着想した。これにより、ミトコンドリア機能の「呼吸鎖上流経路」と「ATP合成」の個別解析が可能となる。また、本手法は他のミトコンドリア関連疾患にも応用可能な強力なツールと期待される。