ミトコンドリア膜間部タンパク質の外膜透過における分子機構の解明

• Project/Area Number: 20J00033
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Review Section: Basic Section 43030:Functional biochemistry-related
• Research Institution: Kyoto Sangyo University
• Principal Investigator: 阪上 春花 京都産業大学, 生命科学部, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2020-04-24 – 2023-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2022)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2022: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2021: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000); Fiscal Year 2020: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: ミトコンドリア / 膜透過装置 / タンパク質輸送 / 膜間部タンパク質

Outline of Research at the Start

これまでの生化学的解析によって、ミトコンドリアタンパク質輸送の全体像が明らかになりつつあるが、膜間部に局在するタンパク質の輸送については不明な点が多く残されている。解決すべき点は、1. 膜間部タンパク質はどのように外膜透過装置TOM複合体を認識するのか、2. 膜間部タンパク質はどのように内膜の下流因子に引き渡されるのか、3. 好気性増殖時に膜間部タンパク質を効率良く膜透過させるシステムが存在するのか、の3点である。これらの問題を解決することで、膜間部タンパク質を含む多様なミトコンドリアタンパク質が、なぜただ1つの外膜透過装置であるTOM複合体を介して膜透過できるのかを明らかにする。

Outline of Annual Research Achievements

本研究は膜間部タンパク質の外膜透過の分子機構の解明を目的とする。これまでの申請者の研究で、ミトコンドリアの膜間部タンパク質のインポート効率が呼吸条件依存的に促進することがわかっている。申請者はミトコンドリアの活性をより必要とする呼吸条件で、膜間部タンパク質のインポートを促進する未知の因子があると考え、当該年度は因子の同定を目指した。Twin CXXXCモチーフを有する膜間部タンパク質は、外膜のTOM複合体を透過した後、内膜のMia40によってシステインが酸化され、膜間部で成熟する。内膜のNアンカータンパク質であるMia40のC末端に、TurboIDを付加した融合タンパク質を発現する酵母株を作製し、Mia40周辺に近接するタンパク質の近接ビオチン化を試みた。ミトコンドリアの可溶化液には多種のビオチン化タンパク質が含まれていたため、可溶化液をグリセロールの密度勾配遠心を行い、Mia40と同じ画分に分画されるビオチン化タンパク質を濃縮した。ビオチン化タンパク質を質量解析した結果、ミトコンドリアの電子伝達に関与する因子が複数ヒットした。候補のうち、X遺伝子を欠損させた酵母株で、呼吸条件において膜間部タンパク質のインポート後のステップに影響がみられた。先行研究で、野生型酵母における因子Xの発現量は発酵条件と比較して、呼吸条件では約9倍上昇することがわかっている。以上のことから、因子Xは呼吸条件で発現量が増加することで、膜間部タンパク質の成熟化に寄与していると考えられる。今後は因子Xが膜間部タンパク質の成熟化のどのステップで関与しているか、分子メカニズムの詳細を明らかにする必要がある。

Research Progress Status

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和4年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Presentation] Analysis of the import regulatory mechanism of mitochondrial IMS protein (2022)
  • Author(s): Haruka Sakaue, Toshiya Endo
  • Organizer: EMBO Workshop: New challenges in protein translocation across membranes
• [Presentation] 出芽酵母におけるミトコンドリア膜間部タンパク質のインポート調節機構 (2022)
  • Author(s): 阪上春花, 遠藤斗志也
  • Organizer: 第95回日本生化学会大会
• [Presentation] 小分子輸送体ポリンによるタンパク質膜透過装置TOM複合体の機能制御の分子機構 (2021)
  • Author(s): 阪上春花, 遠藤斗志也
  • Organizer: 第94回日本生化学会大会
• [Presentation] Requirement of the TOM complex for mitochondrial outer membrane protein biogenesis in vivo (2020)
  • Author(s): Haruka Sakaue, Jiyao Song, Toshiya Endo
  • Organizer: 第20回日本蛋白質科学会年会