Regulatory mechanism of calcium signaling in endoplasmic reticulum by novel K+ pump

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 20K07258
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: 藤井 拓人 富山大学, 学術研究部薬学・和漢系, 助教 (50567980)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: カリウムポンプ / P型ATPase / 小胞体 / Ca2+シグナリング

Outline of Annual Research Achievements

小胞体は、Ca2+の貯蔵庫であり、小胞体からのCa2+放出は生体活動・維持に重要な様々なシグナルを誘導する。近年、小胞体からの Ca2+ 放出には、小胞体膜を介したK+輸送の重要性が示唆されている。本研究では、我々が小胞体においてK+-ATPase（K+ポンプ）として機能することを見出した「ER-ATPase（論文発表前のため仮称）」の生理機能を明らかにすることを目的とした。本年度は、小胞体のCa2+ホメオスタシスとER-ATPaseによるK+輸送機能との関連について検討した。Fura2-AMを用いたCa2+イメージングにおいて、小胞体のCa2+貯蔵レベルが、ER-ATPaseノックダウン細胞では有意に亢進し、過剰発現細胞では低下した。興味深いことに、ER-ATPaseのK+輸送機能が低下する変異体の過剰発現細胞では有意な変化は見られなかった。また、ER-ATPaseをノックダウンさせることでERストレスが生じ、細胞増殖が有意に阻害されることを見出した。この細胞増殖の抑制は、ER-ATPaseの野生型をトランスフェクションすることで回復したが、K+輸送が低下する変異体をトランスフェクションしても回復しなかった。以上の結果から、ER-ATPaseのK+輸送は小胞体のCa2+ホメオスタシス制御に関与しており、その異常によりERストレスが惹起されることが示唆された。また、ER-ATPaseのがん細胞における機能解析を行う過程において、Na+,K+-ATPaseの阻害剤である強心配糖体ががん細胞の解糖系を阻害することを見出した。さらに、本研究においてER-ATPaseと機能連関することを明らかにしたATP13A2がH+,K+-ATPaseとして機能することを明らかにした。

Research Products

• [Journal Article] Polycystic kidney disease 2-like 1 channel contributes to the bitter aftertaste perception of quinine. (2023)
  • Author(s): Takahiro Shimizu, Takuto Fujii, Keisuke Hanita, Ryo Shinozaki, Yusaku Takamura, Yoshiro Suzuki, Teppei Kageyama, Mizuki Kato, Hisao Nishijo, Makoto Tominaga, Hideki Sakai
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Pages: 4271
  • DOI: 10.1038/s41598-023-31322-3
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Activation of mouse Otop3 proton channels by Zn2+ (2023)
  • Author(s): Takuto Fujii, Takahiro Shimizu, Yukino Kaji, Mizuki Katoh, Hideki Sakai
  • Journal Title: Biochemical and biophysical research communications Volume: 658 Pages: 55-61
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2023.03.066
• [Journal Article] Parkinson's disease-associated ATP13A2/PARK9 functions as a lysosomal H+,K+-ATPase. (2023)
  • Author(s): Takuto Fujii, Shushi Nagamori, Pattama Wiriyasermkul, Shizhou Zheng, Asaka Yago, Takahiro Shimizu, Yoshiaki Tabuchi, Tomoyuki Okumura, Tsutomu Fujii, Hiroshi Takeshima, Hideki Sakai
  • Journal Title: Nature communications Volume: 14 Pages: 2174
  • DOI: 10.1038/s41467-023-37815-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Cardiac glycosides stimulate endocytosis of GLUT1 via intracellular Na+,K+-ATPase α3-isoform in human cancer cells (2022)
  • Author(s): Takuto Fujii, Mizuki Katoh, Manami Ootsubo, Oanh T T Nguyen, Mayumi Iguchi, Takahiro Shimizu, Yoshiaki Tabuchi, Yasuharu Shimizu, Hiroshi Takeshima, Hideki Sakai
  • Journal Title: Journal of Cellular Physiology Volume: 237 Pages: 2980-2991
  • DOI: 10.1002/jcp.30762
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Pathophysiological function of the sodium pump abnormally expressed in intracellular vesicles of gastrointestinal cancer cells (2023)
  • Author(s): 藤井拓人, 加藤瑞希, 清水貴浩, 酒井秀紀
  • Organizer: 日本生理学会第100回記念大会
• [Presentation] 強心配糖体によるグルコース輸送体GLUT1の動態変化を介したがん細胞解糖系抑制機構 (2023)
  • Author(s): 藤井拓人, 加藤瑞希, 清水貴浩, 酒井秀紀
  • Organizer: 日本薬学会 第143年会
• [Presentation] 細胞内の小胞体に発現する新規K+ポンプの生理機能解明. (2022)
  • Author(s): 三浦基, 藤井拓人, 清水貴浩, 酒井秀紀.
  • Organizer: 日本薬学会北陸支部第134回例会
• [Presentation] リソソームにおけるカチオンポンプの新規生理機能. (2022)
  • Author(s): 藤井拓人, 永森收志, Wiriyasermkul Pattama, 田渕圭章, 清水貴浩, 竹島浩, 酒井秀紀.
  • Organizer: 生理研研究会「細胞の局所コミュニティ研究会」
• [Presentation] 強心配糖体は細胞内Na+,K+-ATPaseを標的としてヒトがん細胞におけるGLUT1依存性のグルコース取り込みおよび解糖系を抑制する. (2022)
  • Author(s): 藤井拓人, 加藤瑞希, 清水貴浩, 田渕圭章, 清水康晴, 竹島浩, 酒井秀紀.
  • Organizer: 第96回日本薬理学会年会
• [Presentation] がん細胞におけるNa+,K+-ATPaseとCl-チャネルの新規病態生理機能. (2022)
  • Author(s): 藤井拓人, 清水貴浩, 酒井秀紀.
  • Organizer: 第96回日本薬理学会年会
• [Presentation] がん細胞特異的小胞を標的としたグルコース輸送体の動態制御機構. (2022)
  • Author(s): 藤井拓人, 加藤瑞希, 清水貴浩, 田渕圭章, 清水康晴, 竹島浩, 酒井秀紀.
  • Organizer: 生理研研究会「上皮膜輸送と細胞極性形成機構の統合的理解を目指して」
• [Remarks] 富山大学薬学部薬物生理学研究室
  • URL: http://www.pha.u-toyama.ac.jp/phaphy1/index-j.html