2021 Fiscal Year Research-status Report
Regulation mechanism of yeast lipid droplet quantity in response to environmental changes
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20K05838
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| Research Institution | Kyoto University of Advanced Science |
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Principal Investigator |
奥 公秀 京都先端科学大学, バイオ環境学部, 准教授 (10511230)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 脂肪滴 / オートファジー / 酵母 / メタノール資化性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
真核生物の中性脂質の大半を貯蔵するオルガネラ、脂肪滴の量は合成と分解の両方向から制御されている。本研究では、酵母の生育条件に応じた脂肪滴の量制御機構のうち、特にオートファジーによる脂肪滴分解機構であるリポファジーの誘導および調節の分子メカニズムを明らかにする。研究対象として、モデル酵母 Saccharomyces cerevisiaeと、バイオディーゼル生産で生じる副産物であるグリセロールとメタノールを共に資化する酵母Komagataella phaffii (Pichia pastoris) とを並行して用い、得られた知見をバイオディーゼル生産時の副産物の有効利用につなげることを目指す。
本年度は脂肪滴タンパク質Ldo45の生理機能について新たな発見があった。Ldo45の欠損により、スクアレンからラノステロールを合成する反応の一部を担う酵素Erg1の局在が、小胞体から脂肪滴へ移行しやすくなることが分かった。これまでの研究から、Erg1の活性低下は脂肪滴のクラスター化を引き起こすことが知られていたが、Ldo45の欠損株でも同様の脂肪滴のクラスター化が見られたことから、本欠損株ではErg1の局在変化による酵素活性の低下が示唆された。
また酵母におけるリポファジーは、ミクロオートファジーと呼ばれる液胞膜の変形を伴う様式のオートファジーであることが既に分かっているが、脂肪滴認識と液胞膜変形とを結びつける分子機構としてユビキチンリガーゼが重要であることも見出した。
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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
脂肪滴の主成分はトリアシルグリセロールとステロールエステルであり、これらの分子を構成する脂肪酸やステロールの細胞内での局在・量調節のために脂肪滴は重要な働きを持つと考えられているが、その調節機能の全容はいまだ明らかになっていない。今回、脂肪滴局在タンパク質がErg1の局在制御に機能するという発見は、脂肪滴がステロール合成を制御する機能を持つことを示唆する重要なものである。またErg1は抗真菌剤の主要なターゲット酵素のひとつでもあり、この酵素活性の新たな制御システムを解明することは医学的な価値も有するといえる。
リポファジーにおけるユビキチンリガーゼの関与については、酵母のみならず様々なモデル生物の実験系を含めても、その詳細は不明であり、今年度の研究によりリポファジーのさらなる分子機構解明のための重要な端緒を開いたと自負している。ユビキチンリガーゼの関与するオートファジー経路としてはミトコンドリアを分解対象とするものや細胞内の変性タンパク質凝集体を分解対象とするものが良く研究されているが、脂肪滴分解に関しても今回の発見を契機にして研究が進展すると期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の発見のうち、脂肪滴タンパク質Ldo45に関しては、酵母の胞子膜の透過性の制御に機能することがこれまでの研究で見出されている。（Suda et al., PLoS ONE 4:e7184, 2009)。この胞子膜透過性とLdo45が持つステロール合成酵素の局在制御機能との連関を調べるため、Ldo45欠損2倍体酵母を作成して減数分裂、胞子形成を誘導し、その胞子膜形成時のステロール合成酵素の局在および各種ステロール合成中間体の濃度を野生株と比較する。またLdo45の分子内ドメインを改変したものを発現する酵母株も作成し、上記解析に使用する。
リポファジーに機能することが見出されたユビキチンリガーゼについては、その欠損株において液胞膜タンパク質分解が正常に進行するかどうかをまず生化学的に解析する。リポファジーには必要であるが液胞膜タンパク質分解には関与しないユビキチンリガーゼを見出した場合には、本リガーゼが脂肪滴タンパク質へのユビキチン化を行っている可能性を考慮し、精製脂肪滴を用いたプロテオーム解析により、ユビキチン化を受ける脂肪滴タンパク質を同定する。また見出したユビキチンリガーゼの欠損かぶにおけるリポファジー機能タンパク質の局在解析も行う。
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| Causes of Carryover |
本年度もコロナ禍のため、現地参加型の学会がほぼなく、結果として旅費が予定額と比較し大幅に少なくなったため、次年度使用額が生じた。
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Research Products
(1 results)
