Molecular and structural basis of zinc homeostasis and protein homeostasis in the early secretory pathway

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H04758
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 43:Biology at molecular to cellular levels, and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Inaba Kenji 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (10423039)
• Project Period (FY): 2021-04-05 – 2024-03-31
• Keywords: タンパク質品質管理 / クライオ電子顕微鏡 / 亜鉛 / 膜トランスポーター / 分子シャペロン

Outline of Final Research Achievements

Our understanding of the close correlation between zinc homeostasis and proteostasis in the Golgi apparatus (GA) has greatly advanced at the molecular and cellular levels. Our systematic studies revealed distinct roles of Golgi-resident zinc transporters, ZnT7, ZnT5/6 and ZnT4, for the Zn concentration regulation in the GA. We also elucidated detailed mechanisms of zinc-dependent protein quality control mediated by ERp44, a molecular chaperone responsible for the surveillance of immature proteins in the early secretory pathway. We also determined cryo-EM structures of ZnT7, a primary zinc donor to ERp44 at the cis-Golgi, in five intermediate states and thereby elucidated molecular mechanisms of ZnT7-mediated zinc transport.

Free Research Field

構造生命科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

細胞におけるタンパク質品質管理機構は我々の生命活動において必須である。我々の研究により、亜鉛イオンが細胞小器官である小胞体やゴルジ体における正常なタンパク質の生合成や異常タンパク質の分泌抑制に必須であることを明らかにした。これにより、亜鉛イオンの新たな生理機構の発見にもつながった。このシステムの破綻が細胞ストレス、ひいては種々の疾患や成長遅延につながることが報告されており、本研究成果は、基礎細胞生物学のみならず医学的にも意義深いものである。