ポストゲノミクスを基盤としたペルオキシソーム分裂装置の構造と分子機構の解明

• Project/Area Number: 14J04556
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Morphology/Structure
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 井元 祐太 九州大学, 生体防御医学研究所, 特別研究員(SPD)
• Project Period (FY): 2014-04-25 – 2017-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2016)
• Budget Amount: ¥9,360,000 (Direct Cost: ¥7,200,000、Indirect Cost: ¥2,160,000); Fiscal Year 2016: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2015: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2014: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: POD machinery / MD machinery / Organelle division / Cyanidioschyzon merolae / 超分子ナノマシン / Peroxisomal division / Dynamin / ペルオキシソーム分裂装置 / ミトコンドリア分裂装置 / ATP-GTP exchange factor

Outline of Annual Research Achievements

本研究に置いて、我々はペルオキシソーム分裂装置(POD machinery)の主要構造であるDB ringのsemi-in vivo再構築系を開発し、ringの形成起点Dynamin-based ring organizing center (DOC)を同定することに成功した。mCherry-tagged Dnm1の細胞内局在解析によって、新規合成されたGTP結合型のDnm1が細胞質からDB ring上に局在化することが分かった。GTP結合型Dnm1はDB ring上に一ヵ所存在するDOCを起点としてGTP濃度依存的に一方向へ伸長した。従ってDB ringは微小管同様に方向性を持つ構造であることが予測される。興味深いことにDOCは直径500nm未満、すなわち膜分断の最終段階においてはDB ring上に二箇所形成されることが分かった。各DOCからはそれぞれ独立したDB ringが形成されていることから、包膜の分断においてはより強い収縮力を発揮するため二重構造のDB ringが必要である可能性が考えられる。この仮説は、in vivoにおいて高電子密度のリング幅が増加すること、in vitroにおいてDnm1-ringの脂質膜へ接触面の増加がより顕著な脂質膜の変形を引き起こすという過去の研究結果と一致している。以上の結果をまとめ、Journal of Cell science誌に発表し当該号のHighlight articleに選ばれた。また、ミトコンドリア分裂装置上においてもDOC様構造の存在が強く示唆されているため(投稿準備中)、本研究で同定されたDOCは普遍性を持つ構造であると考えられる。
この成果に加え、プロテオーム解析を基盤とした手法によってPOD machineryの構成タンパク質同定にも成功しており、装置の形成機構、分子構造の解明に大きな進展を得られている。

Research Progress Status

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

28年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Defining dynamin-based ring organizing center on the peroxisome-dividing machinery isolated from Cyanidioschyzon merolae. (2017)
  • Author(s): Imoto, Y., Abe, Y., Okumoto, K., Honsho, M., Kuroiwa, H., Kuroiwa, T., and *Fujiki, Y.
  • Journal Title: J. Cell Sci. Volume: 130 Issue: 5 Pages: 853-867
  • DOI: 10.1242/jcs.199182
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Genome Size of the Ultrasmall Unicellular Freshwater Green Alga, <i>Medakamo hakoo</i> 311, as Determined by Staining with 4′,6-Diamidino-2-phenylindole after Microwave Oven Treatments: II. Comparison with <i>Cyanidioschyzon merolae</i>, <i>Saccharomyces cerevisiae</i> (<i>n</i>, 2<i>n</i>), and <i>Chlorella variabilis</i> (2016)
  • Author(s): Kuroiwa, T., Ohnuma, M., Imoto, Y., Misumi, O., Nagata, N., Miyakawa, I., Fujishima, M., Yagisawa, F., Kuroiwa, H.
  • Journal Title: CYTOLOGIA Volume: 81 Issue: 1 Pages: 69-76
  • DOI: 10.1508/cytologia.81.69
  • NAID: 130005143755
  • ISSN: 0011-4545, 1348-7019
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Cytological Evidence of Cell-Nuclear Genome Size of a New Ultra-Small Unicellular Freshwater Green Alga, ”Medakamo hakoo” strain M-hakoo 311. I. Comparison with Cyanidioschyzon merolae and Ostreococcus tauri (2015)
  • Author(s): Kuroiwa T, Ohnuma M, Nozaki H, Imoto Y, Misumi O and Kuroiwa H
  • Journal Title: Cytologia Volume: 80 Issue: 2 Pages: 143-150
  • DOI: 10.1508/cytologia.80.143
  • NAID: 130005074293
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Lipid Droplet Formation in Cells of the Filamentous Green Alga <i>Klebsormidium nitens</i> as Revealed by BODIOY-DiOC₆ and BODIPY-Nile Red Double-Staining Microscopy (2014)
  • Author(s): Kuroiwa T, Ohnuma M, Imoto Y, and Kuroiwa H
  • Journal Title: CYTOLOGIA Volume: 79 Issue: 4 Pages: 501-507
  • DOI: 10.1508/cytologia.79.501
  • NAID: 130004801653
  • ISSN: 0011-4545, 1348-7019
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 超分子ナノマシンPeroxisome-dividing ringの形成起点同定とGTP濃度依存的伸長機構の解明 (2016)
  • Author(s): 井元祐太、阿部雄一、奥本寛治、本庄雅則、黒岩晴子、黒岩常祥、藤木幸夫
  • Organizer: 日本生化学会第89回大会
  • Place of Presentation: 仙台
  • Year and Date: 2016-09-26
• [Presentation] ペルオキシソーム分裂装置の構造と機能解析 (2016)
  • Author(s): 井元祐太、阿部雄一、奥本寛治、本庄雅則、黒岩晴子、黒岩常祥、藤木幸夫
  • Organizer: 日本植物学会第80回大会
  • Place of Presentation: 沖縄
  • Year and Date: 2016-09-16
• [Presentation] Discovery of ring-shaped supramolecular nanomachinery for organelle division by single-organelle EM analysis (2016)
  • Author(s): Imoto Y, Kuroiwa T, Fujiki Y
  • Organizer: Progress 100 symposium: Protein trafficking and intracellular signaling of plant and fungal cells
  • Place of Presentation: 福岡県、九州大学
  • Year and Date: 2016-02-09
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Analysis of ultrastructure and molecular mechanism of the mitochondrion and peroxisome dividing machineries (2015)
  • Author(s): Imoto Y, Abe Y, Honsho M, Okumoto K, Yoshida M, Kuroiwa H, Kuroiwa T, Fujiki Y
  • Organizer: Japan society for Biochemistry and molecular biology
  • Place of Presentation: 兵庫県、神戸ポートアイランド
  • Year and Date: 2015-12-02
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Ultrastructure of Ring-shaped Supramolecular Nanomachinery for the Division of Peroxisome and Mitochondrion Revealed by EM-Based Single Organelle Analysis (2015)
  • Author(s): Imoto Y, Kuroiwa T, Fujiki Y
  • Organizer: The 25 the Hot Spring Harbor International Symposium: Cutting Edge of Technical Innovations in Structural and Systems Biology
  • Place of Presentation: 福岡県、九州大学
  • Year and Date: 2015-11-14
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] ポストゲノミクスを基盤としたペルオキシソーム分裂装置の構造と機能 (2014)
  • Author(s): 井元祐太、黒岩晴子、大沼みお、藤木幸夫、黒岩常祥
  • Organizer: 日本植物学会第78 回大会
  • Place of Presentation: 明治大学生田キャンパス
  • Year and Date: 2014-09-12
• [Presentation] 単膜系オルガネラ分裂リングの同定 - ゲノム科学を基盤としたペルオキシソーム分裂装置(POD machinery)の微細構造と分子機構の解析 (2014)
  • Author(s): 井元 祐太, 黒岩 晴子, 吉田 大和, 大沼 みお, 藤原 崇之, 吉田 昌樹, 西田 敬二, 八木沢 芙美, 廣岡 俊亮, 宮城島 進也, 三角 修己, 河野 重行, 黒岩 常祥
  • Organizer: 日本細胞生物学会第66回大会
  • Place of Presentation: 奈良県新公会堂
  • Year and Date: 2014-06-11