蛋白質老化におけるRab活性制御の分子機構の解析

2018 Fiscal Year Annual Research Report

• Project Area: Prevention of brain protein aging and dementia
• Project/Area Number: 17H05682
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 福田 光則 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (50311361)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 低分子量Gタンパク質Rab / ALS/FTD / 膜輸送 / Rab panel / スクリーニング / Rabエフェクター / ALS2 / C9ORF72

Outline of Annual Research Achievements

低分子量Gタンパク質Rabは小胞輸送（膜輸送）の普遍的制御因子であり、その名前の由来通り、特に脳組織での発現が高い。これまでRabやその制御因子の変異により20種類を超えるヒトやマウスの遺伝病が報告されており、その多くが神経疾患の症状を呈する。しかし、これらの分子がどのような小胞輸送経路に関与し、神経機能を制御しているかは未だ不明な点が多い。本研究では、筋萎縮性側索硬化症（ALS）の原因遺伝子産物の一つであるALS2が、Rab活性化に関わるVps9ドメインを含むことに着目し、ALS2の基質Rabの同定と神経機能におけるRab活性化の意義の解明を目指した。これまでの解析で、ALS2が既知の基質であるRab5に加え、Rab17の活性化にも関与することを明らかにし、それらのノックダウンにより海馬神経細胞の神経突起の伸長や形態形成が阻害されることを見出している。また、ALS2と候補Rabのノックアウト細胞株の作製にも取り組み、Rab5が細胞の増殖・生存に必須であることを明らかにした。ALS2をノックアウトしたSH-SY5Y細胞（ヒト神経芽細胞腫）では増殖能が著しく損なわれたが、HeLa細胞のノックアウトでは特に影響が見られなかったことから、ALS2は特定の細胞種（例えば、特定の神経細胞）でRab5の活性化を通して細胞外からの物質の取り込み（マクロピノサイトーシスなど）に関与し、細胞の生存に必須の役割を果たすことが強く示唆される。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Pasteur Institute(フランス)
  • Country Name: FRANCE
  • Counterpart Institution: Pasteur Institute
• [Journal Article] Rab5 activation on macropinosomes requires ALS2, and subsequent Rab5 inactivation through ALS2 detachment requires active Rab7. (2019)
  • Author(s): Morishita, S., Wada, N., Fukuda, M. and Nakamura, T.
  • Journal Title: FEBS Lett. Volume: 593 Pages: 230-241
  • DOI: 10.1002/1873-3468.13306
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rab10 regulates tubular endosome formation through KIF13A and KIF13B motors. (2019)
  • Author(s): Etoh, K. and Fukuda, M.
  • Journal Title: J. Cell Sci. Volume: 132 Pages: jcs226977
  • DOI: 10.1242/jcs.226977
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cytoplasmic control of Rab family small GTPases through BAG6. (2019)
  • Author(s): Takahashi, T., Minami, S., Tsuchiya, Y., Tajima, K., Sakai, N., Suga, K., Hisanaga, S.-I., Ohbayashi, N., Fukuda, M. and Kawahara, H.
  • Journal Title: EMBO Rep. Volume: 20 Pages: e46794
  • DOI: 10.15252/embr.201846794
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] The BLOC-3 subunit HPS4 is required for activation of Rab32/38 GTPases in melanogenesis, but its Rab9 activity is dispensable for melanogenesis. (2019)
  • Author(s): Ohishi, Y., Kinoshita, R., Marubashi, S., Ishida, M. and Fukuda, M.
  • Journal Title: J. Biol. Chem. Volume: 294 Pages: in press
  • DOI: 10.1074/jbc.RA119.007345
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rab7 knockout unveils regulated autolysosome maturation induced by glutamine starvation. (2018)
  • Author(s): Kuchitsu, Y., Homma, Y., Fujita, N. and Fukuda, M.
  • Journal Title: J. Cell Sci. Volume: 131 Pages: jcs215442
  • DOI: 10.1242/jcs.215442
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Molecular mechanisms of Streptococcus pneumoniae-targeted autophagy via pneumolysin, Golgi-resident Rab41, and Nedd4-1 mediated K63-linked ubiquitination. (2018)
  • Author(s): Ogawa, M., Matsuda, R., Takada, N., Tomokiyo, M., Yamamoto, S., Shizukuishi, S., Yamaji, T., Yoshikawa, Y., Yoshida, M., Tanida, I., Koike, M., Murai, M., Morita, H., Takeyama, H., Ryo, A., Guan, J.-L., Yamamoto, M., Inoue, J. I., Yanagawa, T., Fukuda, M., Kawabe, H. and Ohnishi, M.
  • Journal Title: Cell. Microbiol. Volume: 20 Pages: e12846
  • DOI: 10.1111/cmi.12846
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] LRRK2 and its substrate Rab GTPases are sequentially targeted onto stressed lysosomes and maintain their homeostasis. (2018)
  • Author(s): Eguchi, T., Kuwahara, T., Sakurai, M., Komori, T., Fujimoto, T., Ito, G., Yoshimura, S.-I., Harada, A., Fukuda, M., Koike, M. and Iwatsubo, T.
  • Journal Title: Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. Volume: 115 Pages: E9115-E9124
  • DOI: 10.1073/pnas.1812196115
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rab11a-Rab8a cascade regulate the formation of tunneling nanotubes through vesicle recycling. (2018)
  • Author(s): Zhu, S., Bhat, S., Syan, S., Kuchitsu, Y., Fukuda, M. and Zurzolo, C.
  • Journal Title: J. Cell Sci. Volume: 131 Pages: jcs215889
  • DOI: 10.1242/jcs.215889
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Revisiting Rab7 functions in mammalian autophagy: Rab7 knockout studies. (2018)
  • Author(s): Kuchitsu, Y. and Fukuda, M.
  • Journal Title: Cells Volume: 7 Pages: 215
  • DOI: 10.3390/cells7110215
  • Peer Reviewed
• [Presentation] グルタミン飢餓により誘導されるオートリソソームの成熟現象の発見 (2018)
  • Author(s): 朽津芳彦、本間悠太、藤田尚信、福田光則
  • Organizer: 日本生化学会東北支部 第84回例会
• [Presentation] 筋細胞の再構成に伴い形成される管状リソソームの形成機構 (2018)
  • Author(s): 村川直柔、福田光則、藤田尚信
  • Organizer: 日本生化学会東北支部 第84回例会
• [Presentation] 神経ネットワークにおける低分子量GTPase Rabの役割：Rabの機能不全と神経変性 (2018)
  • Author(s): 福田光則
  • Organizer: 第59回日本神経学会学術大会シンポジウム“How neurons keep calm and carry on: roles of quality control in neurodegenerative diseases”
  • Invited
• [Presentation] Rab7 knockout unveiled regulated autolysosome maturation induced by glutamine starvation. (2018)
  • Author(s): 朽津芳彦、本間悠太、藤田尚信、福田光則
  • Organizer: 第70回日本細胞生物学会大会・第51回発生生物学会合同大会
• [Presentation] The small GTPase Rab10 regulates the formation of tubular endosomes through its novel effectors KIF13A/B. (2018)
  • Author(s): 衛藤貫、福田光則
  • Organizer: 第70回日本細胞生物学会大会・第51回発生生物学会合同大会
• [Presentation] Rab knockout projects unveil new insight into functions of Rabs in membrane traffic. (2018)
  • Author(s): 福田光則
  • Organizer: 第70回日本細胞生物学会大会・第51回発生生物学会合同大会シンポジウム「オルガネラバイオロジー・リローディッド」
  • Invited
• [Presentation] ショウジョウバエを用いた筋細胞特異的なオルガネラ形成機構の解析 (2018)
  • Author(s): 村川直柔、福田光則、藤田尚信
  • Organizer: 日本筋学会第４回学術集会
• [Presentation] グルタミン飢餓によりオートリソソームの成熟が促進される現象の発見 (2018)
  • Author(s): 朽津芳彦、本間悠太、藤田尚信、福田光則
  • Organizer: 第91回日本生化学会大会
• [Presentation] 筋細胞リモデリングに伴い形成される管状リソソームネットワークのダイナミクスの解析 (2018)
  • Author(s): 村川直柔、福田光則、藤田尚信
  • Organizer: 第11回オートファジー研究会
• [Presentation] 筋細胞に見られるオートファジー依存的な管状リソソームネットワーク (2018)
  • Author(s): 藤田尚信、村川直柔、福田光則
  • Organizer: 第11回オートファジー研究会
• [Presentation] Role of Rab small GTPases in neurite outgrowth and differentiation. (2018)
  • Author(s): Mitsunori Fukuda
  • Organizer: A symposium in honor of Sumiko Mochida “Forefront of Neurotransmitter Release and Calcium Channel Signaling”
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Autolysosome maturation induced by glutamine starvation. (2018)
  • Author(s): Yoshihiko Kuchitsu and Mitsunori Fukuda
  • Organizer: Neoprotein biology - From synthesis to trafficking
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Comprehensive knockout analysis of the Rab family small GTPases in MDCK cells. (2018)
  • Author(s): Yuta Homma, Riko Kinoshita, Yoshihiko Kuchitsu, Paulina S. Wawro, Soujiro Marubashi, Mai E. Oguchi, Morie Ishida, Naonobu Fujita and Mitsunori Fukuda
  • Organizer: The 2018 ASCB/EMBO meeting
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 東北大学大学院生命科学研究科膜輸送機構解析分野
  • URL: https://www.lifesci.tohoku.ac.jp/research/teacher/detail.html?id=1724