細胞間結合タイトジャンクションの形態形成メカニズムの解明

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21H02523
• Research Institution: National Institute for Physiological Sciences
• Principal Investigator: 古瀬 幹夫 生理学研究所, 生体機能調節研究領域, 教授 (90281089)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 菅原 太一 熊本大学, 大学院先導機構, 助教 (30758412)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: タイトジャンクション / 上皮細胞 / クローディン / 上皮バリア機能 / 電子顕微鏡

Outline of Annual Research Achievements

タイトジャンクション（ＴＪ）をもたないクローディン欠失ＭＤＣＫ細胞に、クローディンの各サブタイプを発現させてＴＪを再構成させ、その形態、バリア機能を解析した。クローディン欠失ＭＤＣＫ細胞を樹立する際にゲノム編集により破壊した5つのクローディンは、そのすべてが単独でバリアとして機能的なTJを形成できる一方、ＭＤＣＫ細胞に内在性に発現するクローディン１２、１６はＴＪを形成できないことが明らかになった。凍結割断法による解析からTJを再構成した5つのクローディンのうち、クローディン１，２，３は分岐のあるＴＪストランドを形成し、クローディン4は平行で交わりにくいＴＪストランドを形成した。次に、チャネル型クローディンであるクローディン２、１０ａ, １０ｂ, １５をそれぞれ単独でクローディン欠失ＭＤＣＫ細胞に発現させたところ、いずれのクローディンも単独でTJを形成し、paracellular flux アッセイにおいて十分なバリア機能を示す一方、従来報告されていた陽イオン選択性（クローディン２, １０ｂ, １５）、陰イオン選択性（クローディン１０ａ)を示した。したがって、これらのチャネル型クローディンは、他のクローディンサブタイプと相互作用することなく単独でチャネルを形成していることが証明された。今後、異なる発現量、あるいは特定のクローディンのサブタイプの組み合わせにより再構成されたTJの形態と機能の解析にこの研究を発展させる。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

アンギュリン欠失細胞におけるTJ量の増強については追加実験により論文化がやや遅れているものの、TJの蛇行する形態形成機構の一端について共同研究により明らかにできた。

Strategy for Future Research Activity

アンギュリン欠失細胞におけるTJ量の増強についてデータを集めてR5年度前半に論文投稿する。TJの蛇行形態の形成機構を器官レベルで解析する。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Leibniz-Forschungsinstitut/Kiel University/Charite(ドイツ)
  • Country Name: GERMANY
  • Counterpart Institution: Leibniz-Forschungsinstitut/Kiel University/Charite
  • # of Other Institutions: 1
• [Int'l Joint Research] University College London(英国)
  • Country Name: UNITED KINGDOM
  • Counterpart Institution: University College London
• [Journal Article] EpCAM proteolysis and release of complexed claudin-7 repair and maintain the tight junction barrier. (2023)
  • Author(s): Higashi T, Saito AC, Fukazawa Y, Furuse M, Higashi AY, Ono M, Chiba H.
  • Journal Title: J Cell Biol. Volume: 222 Pages: e202204079
  • DOI: 10.1083/jcb.202204079.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Identification of the genes encoding candidate septate junction components expressed during early development of the sea urchin, Strongylocentrotus purpuratus, and evidence of a role for Mesh in the formation of the gut barrier. (2023)
  • Author(s): Jonusaite S, Oulhen N, Izumi Y, Furuse M, Yamamoto T, Sakamoto N, Wessel G, Heyland A.
  • Journal Title: Dev Biol Volume: 495 Pages: 21-34
  • DOI: 10.1016/j.ydbio.2022.12.007.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] JAM-A interacts with α3β1 integrin and tetraspanins CD151 and CD9 to regulate collective cell migration of polarized epithelial cells. (2022)
  • Author(s): Tholmann S, Seebach J, Otani T, Florin L, Schnittler H, Gerke V, Furuse M, Ebnet K.
  • Journal Title: Cell Mol Life Sci. Volume: 79 Pages: 88
  • DOI: 10.1007/s00018-022-04140-5.
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Erebosis, a new cell death mechanism during homeostatic turnover of gut enterocytes. (2022)
  • Author(s): Ciesielski HM, Nishida H, Takano T, Fukuhara A, Otani T, Ikegawa Y, Okada M, Nishimura T, Furuse M, Yoo SK.
  • Journal Title: PLoS Biol. Volume: 20 Pages: e3001586
  • DOI: 10.1371/journal.pbio.3001586.
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Tight junction formation by a claudin mutant lacking the COOH-terminal PDZ domain-binding motif. (2022)
  • Author(s): Fujiwara S, Nguyen TP, Furuse K, Fukazawa Y, Otani T, Furuse M.
  • Journal Title: Ann. NY Acad Sci. Volume: 1516 Pages: 85-94
  • DOI: 10.1111/nyas.14881
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Nanoscale segregation of channel and barrier claudins enables paracellular ion flux. (2022)
  • Author(s): Gonschior H, Schmied C, Eva Van der Veen R, Eichhorst J, Himmerkus N, Piontek J, Gunzel D, Bleich M, Furuse M, Haucke V, Lehmann M.
  • Journal Title: Nat Commun. Volume: 13 Pages: 4985
  • DOI: 10.1038/s41467-022-32533-4
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] ZO-1 guides tight junction assembly and epithelial morphogenesis via cytoskeletal tension-dependent and -independent functions. (2022)
  • Author(s): Haas AJ, Zihni C, Krug SM, Maraspini R, Otani T, Furuse M, Honigmann A, Balda MS, Matter M.
  • Journal Title: Cells Volume: 11 Pages: 3775
  • DOI: 10.3390/cells11233775
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] トリセルラータイトジャンクションの膜タンパク質アンギュリン-1によるタイトジャンクション形成の制御 (2022)
  • Author(s): 菅原太一,若山友彦, 古瀬幹夫
  • Organizer: 第74回日本細胞生物学会大会
• [Presentation] 立体構造に基づく点変異導入を利用したタイトジャンクションタンパク質ZO-1の機能解析 (2022)
  • Author(s): 藤原佐知子、天野剛志、廣明秀一、古瀬幹夫
  • Organizer: 第95回日本生化学会大会
• [Presentation] The roles of claudins and JAM-A in providing tight junction-dependent mechanical resistance. (2022)
  • Author(s): Thanh Phuong Nguyen, Tetsuhisa Otani, Mikio Furuse
  • Organizer: 第74回日本細胞生物学会大会
• [Remarks] 生理学研究所細胞構造研究部門
  • URL: http://www.nips.ac.jp/dcs/