2022 Fiscal Year Research-status Report
Mitochondrial shape determination mechanism with phosphorylation and dephosphorylation process
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20K06730
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| Research Institution | Kurume University |
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Principal Investigator |
太田 啓介 久留米大学, 医学部, 教授 (00258401)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
広重 佑 久留米大学, 医学部, 助教 (50647782)
都合 亜記暢 久留米大学, 医学部, 技能職員 (80569517)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | ミトコンドリア / 形態 / 脱共益 / スフェロイド / リン酸化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ミトコンドリアは細胞の種類によって様々な独特の形を持っているが、その形がどの様に維持され、どの様にコントロールされているのかは明らかではない。我々はミトコンドリアがCCCP等の脱共役処理により、ミトコンドリアらしい長細い形から、スフェロイド状へと急速に移行することを示してきた（Miyazono,2018)。この変形機序にリン酸化脱リン酸化が関わると予想し、その機構を明らかにすることが本研究の目的である。
本課題では、これまでにリン酸化・脱リン酸化阻害剤が形態変化に影響が及ぼすことを確認してきたが、研究の進行とともに、Mitophagyにも関わるPINK1-Parkin 系の関与は確認した方がよいと判断した。そこでPINK1のRNAiにより、その形態変化への影響を評価し、この系がミトコンドリア形態に及ぼす影響を評価を試みている。
近年、パーキンソン病患者由来(PRKN遺伝子に異常が確認された）細胞において、CCCP処理によるスフェロイド形成が抑制されていることが報告されている(Yokota, Molecular Brain 58 (14)2021 ）。PRKNがコードするPerkinは、脱共役にともなうPINK1のリン酸化とミトコンドリアへの集積によって初めてミトコンドリアにリクルートされることが知られており、マイトファジーを誘導する起点となるが、この系がマイトファジーだけでなく、ミトコンドリア形態にも影響することを示唆するものであり、本課題で取り組んでいる結果とも密接に関わることが予想される。
ミトコンドリアの形は細胞種間で厳密にコントロールされているが、そもそもなぜ長細い、いわゆるソーセージのような形をしているのか、どうして細胞間で異なる形をしているのか、その本質は明らかになっていない。今回の結果はこれらの疑問に対して一つの答えにつながるものと期待している。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
薬剤によるミトコンドリアの形態変化をLive-3D-CLEM法で捉えるという当初予定は、薬剤に対する反応が、予想よりも明確ではないため、統計的処理が必要となると考えられ、FIB-SEMを用いたLive-3D-CLEM法よりも広域を解析できるSEM広域CLEM観察に切り替えた。この広域CLEM法は、培養細胞を固定後、広範囲に光顕観察し、その構造を電子顕微鏡化に相関観察する方法で、我々の研究センターではその基本技術を既に確立し、この技術自体は学術研究支援基盤形成プログラムにも提供するものであった。しかしソフトウエアの不具合で、最終的な解析部分に技術的な問題点が生じた。この技術的問題は、学術研究支援基盤形成プログラムにも影響するため、優先してエフォートを投入した結果本研究の進行が遅れることとなった。幸い、この問題点は昨年度末に、解決した。
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| Strategy for Future Research Activity |
iRNAについては、PINK１についてiRNAを作成し、培養細胞系においてその影響をテストをしている。発現量の抑制のチェック等を行いまとめている過程であり、本来昨年度中に完了する予定であったが、上記の理由で、今年度実施する。一方、3D－CLEMによる解析は、技術的問題点がクリアできたことで、実際のデータへと結びつける。とくに、ミトコンドリアの形態の数値化は、SEM広域CLEM観察データを用いて、Mitochondria complex indexという数値を算出することで、明確に数値化できることを確かめており、薬剤の影響を電子顕微鏡レベルの構造として数値で表現することで、リン酸化・脱リン酸化に伴う脱共益後のミトコンドリア形態変化の影響を評価する。
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| Causes of Carryover |
ミトコンドリア形態変化を統計処理するために用いるSEM広域CLEM観察法は技術的に確立していたものの、データ量が大きく解析上の技術的問題が発生。この技術自体は学術研究支援基盤形成プログラムにも提供するものであったため優先してエフォートを投入した結果、本研究の進行が遅れることとなった。そのため、本来生化学的研究に用いる予算を順当に支出できなかった。
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