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2023 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
KeywordsTOLLIP / 膜タンパク質 / リソソーム / オートファジー
Outline of Annual Research Achievements

課題1)TOLLIP依存的な不良膜タンパク質リソソーム分解機構の解析
前年度までの解析の結果、細胞質局在アダプター分子TOLLIPが小胞体に蓄積した様々なフォールディング異常の不良膜タンパク質を認識し、選択的にリソソーム分解へ導くことを明らかにした。本年度は、TOLLIPが認識した不良膜タンパク質基質をどのようにリソソームへと輸送するかを解明するため、BiFC(Bimolecular Fluorescence Complementation)法および光-電子相関顕微鏡法(CLEM)を用いた解析を当研究科機能病態学教室との共同研究として実施した。具体的には、2分割した蛍光タンパク質VenusをTOLLIPと不良膜タンパク質基質とにそれぞれ付加し、基質を認識した状態のTOLLIPのみが蛍光を発するコンストラクトを作成した。この蛍光はリン脂質PI3Pが豊富なpuncta構造と共局在し、このpunctaを電子顕微鏡観察するとエンドソーム様の一層の脂質二重膜で覆われた小胞であることが明らかになった。この結果から、TOLLIPは小胞体膜上の基質を認識したのち、基質とともにPI3Pが豊富な輸送小胞へ移行し、これにより最終的な基質のリソソームへの輸送が促されることが示唆された。さらに以上の研究成果を本年度、国際学術誌にて論文報告した(Hayashi et al., EMBO J, 2023)。
課題2)TOLLIP非依存的なリソソーム分解経路の分子機構の探索
前年度までの解析の結果、Connexin50の白内障変異体をはじめ、TOLLIPに依存せずにリソソーム分解される不良膜タンパク質も多数存在することが明らかになった。そこで本年度は、ゲノムワイドCRISPR/Cas9スクリーニングを実施し、Connexin50変異体のリソソーム分解に必要な因子を13因子同定した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

TOLLIP依存的な不良膜タンパク質のリソソーム分解機構に関する論文を、本年度中に国際学術誌にて報告することができ(Hayashi et al., EMBO J, 2023)、さらにCRISPR/Cas9スクリーニングで新たな不良膜タンパク質分解制御因子を多数同定できたため。

Strategy for Future Research Activity

課題1)TOLLIP依存的な不良膜タンパク質のリソソームへの輸送機構
TOLLIPが小胞輸送を用いて不良膜タンパク質基質をリソソームへと輸送することは解明できたが、基質がどのように小胞体から搬出されるかは不明瞭である。ER exit site構成因子やReticulon homology domain (RHD) タンパク質など、小胞体からの出芽を促すような因子がTOLLIP依存的な不良膜タンパク質の搬出に関与するか検討予定である。
課題2)TOLLIP非依存的なリソソーム分解経路の解析
ゲノムワイドCRISPR/Cas9スクリーニングで同定したConnexin50変異体のリソソーム分解に必要な因子群について、基質の選択的認識、小胞体からの搬出、小胞輸送、リソソームでの分解などのうちどのステップに関わるかを詳細に解析する。これにより、TOLLIP非依存的なリソソーム分解経路の全体像の解明を目指す。

  • Research Products

    (17 results)

All 2024 2023

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 2 results) Presentation (12 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 6 results)

  • [Journal Article] A guideline on the molecular ecosystem regulating ferroptosis2024

    • Author(s)
      Dai Enyong、(他33名)、Ichijo Hidenori、(他10名)、Stockwell Brent R.、Kroemer Guido、Tang Daolin
    • Journal Title

      Nature Cell Biology

      Volume: - Pages: -

    • DOI

      10.1038/s41556-024-01360-8

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Accumulation of annexin A2 and S100A10 prevents apoptosis of apically delaminated, transformed epithelial cells2023

    • Author(s)
      Ito Shoko、Kuromiya Keisuke、Sekai Miho、Sako Hiroaki、Sai Kazuhito、Morikawa Riho、Mukai Yohei、Ida Yoko、Anzai Moe、Ishikawa Susumu、Kozawa Kei、Shirai Takanobu、Tanimura Nobuyuki、Sugie Kenta、Ikenouchi Junichi、Ogawa Motoyuki、Naguro Isao、Ichijo Hidenori、Fujita Yasuyuki
    • Journal Title

      Proceedings of the National Academy of Sciences

      Volume: 120 Pages: -

    • DOI

      10.1073/pnas.2307118120

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Sodium ion influx regulates liquidity of biomolecular condensates in hyperosmotic stress response2023

    • Author(s)
      Morishita Kazuhiro、Watanabe Kengo、Naguro Isao、Ichijo Hidenori
    • Journal Title

      Cell Reports

      Volume: 42 Pages: 112315~112315

    • DOI

      10.1016/j.celrep.2023.112315

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] TOLLIP acts as a cargo adaptor to promote lysosomal degradation of aberrant ER membrane proteins2023

    • Author(s)
      Hayashi Yuki、Takatori Sho、Warsame Waleed Y、Tomita Taisuke、Fujisawa Takao、Ichijo Hidenori
    • Journal Title

      The EMBO Journal

      Volume: 42 Pages: -

    • DOI

      10.15252/embj.2023114272

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Apoptotic cell death in disease?Current understanding of the NCCD 20232023

    • Author(s)
      Vitale Ilio、(他92名)、Ichijo Hidenori、(他33名)、Galluzzi Lorenzo
    • Journal Title

      Cell Death & Differentiation

      Volume: 30 Pages: 1097~1154

    • DOI

      10.1038/s41418-023-01153-w

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] ALSの発症に関わるSOD1タンパク質構造異常に基づく治療戦略2023

    • Author(s)
      一條秀憲
    • Organizer
      第31回日本医学会総会2023東京
    • Invited
  • [Presentation] 浸透圧ストレス受容モジュールASK3 condensateの形成と流動性制御2023

    • Author(s)
      名黒功、一條 秀憲
    • Organizer
      第96回日本生化学会大会
  • [Presentation] Selective lysosomal degradation of aberrant ER membrane proteins by the cargo adaptor TOLLIP2023

    • Author(s)
      Hayashi, Y.、Ichijo, H.
    • Organizer
      EMBO Workshop Protein quality control: From molecular mechanisms to therapeutic intervention
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] カーゴアダプターTOLLIPによる不良膜タンパク質の選択的リソソーム分解2023

    • Author(s)
      林裕輝、一條秀憲
    • Organizer
      第96回日本生化学会大会
  • [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2023

    • Author(s)
      萩谷健人、林裕輝、一條秀憲
    • Organizer
      第96回日本生化学会大会
  • [Presentation] 小胞体における不良膜タンパク質の選択的リソソーム分解機構2023

    • Author(s)
      林裕輝、一條秀憲
    • Organizer
      第15回オートファジー研究会、第5回新学術「マルチモードオートファジー」班会議
  • [Presentation] ALS-linked mutant SOD1-FLOT2 interaction causes zinc toxicity2023

    • Author(s)
      Tanaka, S.、Ikegaya, Y.、Fujisawa, T.、Ichijo, H.
    • Organizer
      Society for Neuroscience 2023
  • [Presentation] 細胞がストレスを感じる仕組みと疾患~液液相分離による浸透圧感知メカニズムと液滴内分子流動性の意義~2023

    • Author(s)
      一條秀憲
    • Organizer
      第436回和漢薬セミナー
    • Invited
  • [Presentation] 細胞がストレスを感じる仕組みと疾患(V.2023)2023

    • Author(s)
      一條秀憲
    • Organizer
      令和5年度日本生化学会北陸支部例会
    • Invited
  • [Presentation] 細胞がストレスを感じる仕組みと疾患2023

    • Author(s)
      一條秀憲
    • Organizer
      令和5年度日本生化学会九州支部例会
    • Invited
  • [Presentation] 細胞がストレスを感じる仕組みと疾患2023

    • Author(s)
      一條秀憲
    • Organizer
      徳島大学先端酵素学研究所シンポジウム「未来を拓く医科学研究」
    • Invited
  • [Presentation] 細胞がストレスを感じる仕組みと疾患~LLPSによる細胞体積調節機構を中心に~2023

    • Author(s)
      一條秀憲
    • Organizer
      Diabetes Scientific Meeting2023
    • Invited

URL: 

Published: 2024-12-25  

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