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2022 Fiscal Year Annual Research Report

Elucidation of a novel lysosomal degradation pathway for aberrant membrane proteins at the endoplasmic reticulum

Research Project

Project/Area Number 21H04760
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

一條 秀憲  東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 教授 (00242206)

Project Period (FY) 2021-04-05 – 2025-03-31
Keywords膜タンパク質 / TOLLIP / 小胞体ストレス / リソソーム
Outline of Annual Research Achievements

課題1)Artificial基質を用いた解析
本研究課題における中心的なプロジェクトであり、独自に開発したartificialな不良膜タンパク質モデルを用い、この基質のリソソーム分解機序を解析するというものである。今年度までの解析の結果、TOLLIPが基質のミスフォールディングとユビキチン鎖を分解シグナルとして検出し、PI3Pを豊富に含む輸送小胞を用いて選択的にリソソームへと輸送するという、新たな膜タンパク質分解経路を発見した。さらに、TOLLIPはartificial基質に加えて運動神経変性疾患の原因となるVAPBやSeipinの変異体のリソソーム分解も担うほか、TOLLIP欠損細胞ではプロテアソーム阻害などで小胞体に負荷がかかった際の小胞体ストレスが顕著に惹起されやすくなることを見出した。従ってTOLLIPは小胞体におけるタンパク質恒常性維持に重要な役割を果たすことが示唆された。以上の研究成果を報告する論文は投稿済みで、現在国際学術誌において査読中である。
課題2)CRISPRスクリーニング
当初の計画では、artificial基質などのTOLLIP依存的な基質を用いてその分解制御因子をゲノムワイドCRISPRスクリーニングで探索することを目指していた。しかし上述の通り、スクリーニングに頼ることなくTOLLIP経路のキャラクタライズが順調に進展した。さらにこの解析の過程で、Connexin50の白内障変異体がTOLLIPに依存せず非常に盛んにリソソーム分解されることを見出した。これはTOLLIP非依存的な新たな分解経路が存在することを示唆しており、現在この経路の制御因子をCRISPRスクリーニングで探索することを目指している。今年度はスクリーニングに用いる細胞株の樹立とスキームの確立が完了し、現在スクリーニング本番を実施中である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

本研究課題における中心的なプロジェクトである、artificial基質を用いた不良膜タンパク質のリソソーム分解機構の解析が順調に進展し、論文投稿まで漕ぎ着けた。さらに現在は、当初の計画にはない発展課題として、TOLLIP非依存的に盛んにリソソーム分解されるConnexin50の白内障変異体を新たなモデル基質として用い、その分解機構をゲノムワイドCRISPR-Cas9スクリーニングおよび基質のインタラクトーム解析を用いて探索中で、この解析も概ね順調に進展している。このように当初の研究目的の達成に近づきつつある上に、新たな発展課題にも着手することができ、不良膜タンパク質の蓄積というストレスに対する選択的分解を介した細胞応答の理解に向けて大きな進展が得られた。

Strategy for Future Research Activity

次年度以降は、TOLLIP経路の内在性分解基質をLC-MS/MSで探索し、TOLLIP経路の生理的意義の解明を目指す。また、TOLLIP非依存的経路の解明に向け、Connexin50の白内障変異体をモデル基質として用いてその分解制御因子をゲノムワイドCRISPRスクリーニングで探索し、基質認識、基質の小胞体からの搬出、リソソームへの小胞輸送のメカニズムの解明を目指す。この際、既に今年度に実施済みであるConnexin50変異体のインタラクトーム解析の結果も踏まえて、特に基質認識を介して直接的に分解に関与する因子に重点を置いて解析を進める。

  • Research Products

    (18 results)

All 2023 2022

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 3 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results,  Invited: 3 results)

  • [Journal Article] Mitochondria directly sense osmotic stress to trigger rapid metabolic remodeling via regulation of pyruvate dehydrogenase phosphorylation2023

    • Author(s)
      Ikizawa Takeshi、Ikeda Kazutaka、Arita Makoto、Kitajima Shojiro、Soga Tomoyoshi、Ichijo Hidenori、Naguro Isao
    • Journal Title

      Journal of Biological Chemistry

      Volume: 299 Pages: 102837~102837

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2022.102837

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] NAMPT-dependent NAD+ salvage is crucial for the decision between apoptotic and necrotic cell death under oxidative stress2022

    • Author(s)
      Nishida Takuto、Naguro Isao、Ichijo Hidenori
    • Journal Title

      Cell Death Discovery

      Volume: 8 Pages: -

    • DOI

      10.1038/s41420-022-01007-3

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Cellular analysis of SOD1 protein-aggregation propensity and toxicity: a case of ALS with slow progression harboring homozygous SOD1-D92G mutation2022

    • Author(s)
      Sawamura Masanori、Imamura Keiko、Hikawa Rie、Enami Takako、Nagahashi Ayako、Yamakado Hodaka、Ichijo Hidenori、Fujisawa Takao、Yamashita Hirofumi、Minamiyama Sumio、Kaido Misako、Wada Hiromi、Urushitani Makoto、Inoue Haruhisa、Egawa Naohiro、Takahashi Ryosuke
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 12 Pages: -

    • DOI

      10.1038/s41598-022-16871-3

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] ASK1 signaling regulates phase-specific glial interactions during neuroinflammation2022

    • Author(s)
      Guo Xiaoli、Kimura Atsuko、Namekata Kazuhiko、Harada Chikako、Arai Nobutaka、Takeda Kohsuke、Ichijo Hidenori、Harada Takayuki
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 119 Pages: -

    • DOI

      10.1073/pnas.2103812119

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] mTOR-AKT Signaling in Cellular Clock Resetting Triggered by Osmotic Stress2022

    • Author(s)
      Yoshitane Hikari、Imamura Kiyomichi、Okubo Takenori、Otobe Yuta、Kawakami Satoshi、Ito Shunsuke、Takumi Toru、Hattori Kazuki、Naguro Isao、Ichijo Hidenori、Fukada Yoshitaka
    • Journal Title

      Antioxidants & Redox Signaling

      Volume: 37 Pages: 631~646

    • DOI

      10.1089/ars.2021.0059

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ストレス誘導性の液-液相分離が作り出すASK3制御を介した浸透圧センシングモジュール2022

    • Author(s)
      名黒功、一條秀憲
    • Organizer
      第81回日本癌学会学術総会
    • Invited
  • [Presentation] Selective lysosomal degradation of aberrant ER membrane proteins by the cargo adaptor TOLLIP2022

    • Author(s)
      Hayashi, Y.、Ichijo, H.
    • Organizer
      The 10th International Symposium on Autophagy
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高浸透圧ストレス下でナトリウムイオンが細胞内液滴の流動性を制御する2022

    • Author(s)
      森下和浩、渡邊謙吾、名黒功、一條秀憲
    • Organizer
      第95回日本生化学会大会
  • [Presentation] 構造変化型SOD1の新規結合因子からALSの病態分子機構に迫る2022

    • Author(s)
      田中志和、藤澤貴央、一條秀憲
    • Organizer
      第95回日本生化学会大会
  • [Presentation] 構造変化型SOD1の新規結合因子からALSの病態分子機構に迫る2022

    • Author(s)
      田中志和、藤澤貴央、一條秀憲
    • Organizer
      第3回 細胞死コロキウム
  • [Presentation] 亜鉛欠乏下の構造変化型SOD1とFLOT2の結合によるZIP12エンドサイトーシス阻害を介した亜鉛濃度恒常性維持機構の解明2022

    • Author(s)
      田中志和、藤澤貴央、一條秀憲
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会
  • [Presentation] ゲノムワイドCRISPR/Cas9スクリーニングによる不良膜タンパク質のリソソーム分解機構の探索2022

    • Author(s)
      萩谷健人、林裕輝、一條秀憲
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会
  • [Presentation] 選択的リソソーム分解を介した小胞体における膜タンパク質品質管理機構2022

    • Author(s)
      林裕輝、一條秀憲
    • Organizer
      第45回日本分子生物学会年会
  • [Presentation] Sodium ion regulates liquidity of biomolecular condensates in hyperosmotic stress response2022

    • Author(s)
      Morishita, K.、Watanabe, K.、Naguro, I.、Ichijo, H.
    • Organizer
      KEYSTONE SYMPOSIA ON Molecular and Cellular Biology , BIOMOLECULAR CONDENSATES: EMERGING CELLULAR AND BIOPHYSICAL ROLES
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 細胞がストレスを感じる仕組みと疾患~分子クラウディングとLLPSによる浸透圧センシング~2022

    • Author(s)
      一條秀憲
    • Organizer
      第59回日本生化学会北海道支部例会
    • Invited
  • [Presentation] 細胞がストレスを感じる仕組みと疾患2022

    • Author(s)
      一條秀憲
    • Organizer
      第96回日本薬理学会年会
    • Invited
  • [Presentation] 亜鉛欠乏刺激下におけるSOD1の新規結合因子からALSの病態分子機構に迫る2022

    • Author(s)
      田中志和、藤澤貴央、一條秀憲
    • Organizer
      第21回東京大学生命科学シンポジウム
  • [Presentation] DNA DAMAGE RESPONSE SIGNALING TO MITOCHONDRIA DRIVES CELLULAR SENESCENCE THROUGH METABOLIC AND EPIGENETIC REPROGRAMMING2022

    • Author(s)
      Yamuchi, S.、Ichijo, H.
    • Organizer
      FASEB:The Transcription
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2023-12-25  

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