小胞体品質管理に関わる選別輸送ゾーンの解明

• 研究領域: 細胞機能を司るオルガネラ・ゾーンの解読
• 研究課題/領域番号: 17H06419
• 研究種目: 新学術領域研究(研究領域提案型)
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 森 和俊 京都大学, 理学研究科, 教授 (70182194)
• 研究分担者: 尾野 雅哉 国立研究開発法人国立がん研究センター, 研究所, 研究員 (00270900) ; 西頭 英起 宮崎大学, 医学部, 教授 (00332627) ; 片桐 豊雅 徳島大学, 先端酵素学研究所, 教授 (60291895) ; 名黒 功 東京大学, 大学院薬学系研究科(薬学部), 准教授 (80401222)
• 研究期間 (年度): 2017-06-30 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 交付 (2020年度)
• 配分額: 234,520千円 (直接経費: 180,400千円、間接経費: 54,120千円); 2020年度: 44,980千円 (直接経費: 34,600千円、間接経費: 10,380千円); 2019年度: 44,980千円 (直接経費: 34,600千円、間接経費: 10,380千円); 2018年度: 44,980千円 (直接経費: 34,600千円、間接経費: 10,380千円); 2017年度: 54,600千円 (直接経費: 42,000千円、間接経費: 12,600千円)
• キーワード: オルガネラ・ゾーン / 小胞体 / 輸送 / タンパク質分解 / 小胞体ストレス / 超解像顕微鏡 / ゴルジ体 / 小胞輸送 / 選別 / 応答

研究実績の概要

［森］新規合成タンパク質の折り畳みに関与する小胞体シャペロン群（BiP=GRP78, GRP94, calnexin)、小胞体関連分解に関与する小胞体膜貫通型タンパク質群 (Derlin1, Derlin2)、小胞体ストレス応答に関与するセンサータンパク質ATF6が異なるオルガネラ・ゾーンに存在することを見出している。これらの隔離の仕組みとゾーン形成の意義解明を目指す。［西頭］小胞体に関連する「①小胞体分解ゾーン」と「②ミトコンドリア-小胞体連携ゾーン」に関する研究を進めている。①の研究では、小胞体タンパク質の分解システムである小胞体関連分解と予防的品質管理の小胞体膜上でのゾーンの差異を明らかにすることを目指している。②については、小胞体センサー分子の一つPERKがミトコンドリアストレスにも応答することから、その生理的役割とストレスの応答ゾーン解明を目指している。［片桐］がん細胞におけるゴルジ体局在O結合型糖転移酵素による小胞体ストレスセンサー分子IRE1の糖鎖修飾を通じた小胞体ストレス応答活性化機構の解明を目指して、一般的な分泌タンパク質の輸送経路とは異なるIRE1の選別輸送経ゾーン、とりわけ、ゴルジ体―小胞体間シャトルゾーンの可視化および生化学的解析を通じた生理的、病態的意義の解明を目指す。［名黒］siRNAスクリーニング技術支援班として、領域内の複数の研究者とスクリーニング系の確立および実施を行なう［尾野］領域内の研究者のプロテオ－ム解析を支援する。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

［森］小胞体関連分解に関与する小胞体膜貫通タンパク質群（レトロトランスロコン構成タンパク質群）について、従来のSEL1L、Derlin1、Derlin2、Herp1、Herp2に加えてHRD1とgp78の遺伝子破壊細胞及びHRD1/gp78二重遺伝子破壊細胞を構築して解析を開始している。［西頭］小胞体分解ゾーンについて、小胞体関連分解と予防的品質管理の構成因子として共通する分子と共通しない分子を複数同定し報告した（Sci Rep. 2018）。ミトコンドリア-小胞体連携ゾーンについて、PERKがミトコンドリアストレスによって特異的にリン酸化されることを見出し、その部位に対するリン酸化抗体を作製した（特許出願中）。この特異的PERKリン酸化は、恒温動物における褐色脂肪細胞の熱産生機能に重要な役割を担うことを明らかにした（論文投稿中）。［片桐］IRE1のゴルジ体―小胞体間シャトルゾーンについて、昨年度までに作製したO結合型糖鎖修飾部位特異的認識抗体を用いて、がん細胞における小胞体ストレス刺激後のIRE1のゴルジ体局在化から小胞体へのシャトルの可視化およびIRE1のO結合型糖鎖修飾がGRP78との相互作用阻害に働くのを明らかにした。さらに、IRE1とは異なる分泌タンパク質の小胞体からゴルジ体輸送およびO結合型糖鎖修飾の細胞増殖への関与を明らかにした（論文投稿中）。［名黒］具体的なsiRNAスクリーニング支援の依頼を4件受けており、1件については既にスクリーニングを完遂した。その他にも測定系の相談など、支援依頼に発展する可能性のある案件も複数進行中である。［尾野］多くの研究者の依頼にこたえてプロテオ－ム解析を行った。

今後の研究の推進方策

［森］内在性のATF6遺伝子座にEGFPをノックインし、小胞体ストレスに応答してEGFP-ATF6が小胞体からゴルジ体に移行することを確認している。この系でsiRNAスクリーニングを行い、ATF6の輸送に関与するタンパク質を同定する。［西頭］小胞体分解ゾーンについては、小胞体関連分解と予防的品質管理に関与する分子群の近接をProximity ligation assayにより可視化し小胞体膜上での各分解ゾーンの差異を明示するとともに、異なる分解ゾーンの生理的意義を解明する。ミトコンドリア-小胞体連携ゾーンについては、ミトコンドリアストレスによってPERKがリン酸化される細胞内領域を可視化するとともに、そのリン酸化部位の変異体ノックインマウスを作製し、個体レベルでの整理的意義の解明を目指す。［片桐］IRE1のゴルジ体―小胞体間シャトルゾーンのがんにおける病態的意義解明のために、がん組織臨床検体を用いてO結合型糖鎖修飾部位特異的認識抗体による免疫染色を通じてIRE1の局在の検証を進める。IRE1の小胞体から輸送に関与する分子の同定をショットガンプロテオーム、相互作用の検証について生化学的解析にて試みる。さらに、IRE1のゴルジ体―小胞体間シャトルの動態を超解像度顕微鏡による可視化を試みる。［名黒］既に行なったスクリーニングのデータをもとに、画像解析装置や解析手法の最適化・効率化を行い、現在準備を進めている他のsiRNAスクリーニングの実施を行う。［尾野］さらに多くのプロテオ－ム解析支援を行う。

研究成果

• [国際共同研究] MIT Whitehead Institute(米国)
• [雑誌論文] Monitoring Lipid Droplet Dynamics in Living Cells by Using Fluorescent Probes (2019)
  • 著者名/発表者名: Tatenaka Y, Kato H, Ishiyama M, Sasamoto K, Shiga M, Nishitoh H, Ueno Y
  • 雑誌名: Biochemistry 巻: 12 ページ: 499-503
  • DOI: 10.1021/acs.biochem.8b01071
  • 査読あり
• [雑誌論文] Paradigm shift from "Compartment" to "Zone" in the understanding of organelles. (2019)
  • 著者名/発表者名: Nishitoh Hideki
  • 雑誌名: J. Biochem. 巻: 165 ページ: 97-99
  • DOI: 10.1093/jb/mvy107
  • 査読あり / オープンアクセスとしている
• [雑誌論文] Endoplasmic reticulum quality control by garbage disposal (2019)
  • 著者名/発表者名: Kadowaki H, Nishitoh H
  • 雑誌名: FEBS J. 巻: 286 ページ: 232-240
  • DOI: 10.1111/febs.14589
  • 査読あり / オープンアクセスとしている
• [雑誌論文] Germline pathogenic variants of 11 breast cancer genes in 7,051 Japanese patients and 11,241 controls (2019)
  • 著者名/発表者名: Momozawa Y, Iwasaki Y, Parsons MT, Kamatani Y, Takahashi A, Tamura C, Katagiri T, Yoshida T, Nakamura S, Sugano K, Miki Y, Hirata M, Matsuda K, Spurdle AB, Kubo M.
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 ページ: 4083-4083
  • DOI: 10.1038/s41467-018-06581-8
  • 査読あり / オープンアクセスとしている / 国際共著/国際学会である
• [雑誌論文] A first-in-human study investigating biodistribution, safety and recommended dose of a new radiolabeled MAb targeting FZD10 in metastatic synovial sarcoma patients. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kadowaki H, Satrimafitrah P, Takami Y, Nishitoh H
  • 雑誌名: BMC Cancer 巻: ー ページ: 1-11
  • DOI: 10.1038/s41598-018-25724-x
  • 査読あり / オープンアクセスとしている / 国際共著/国際学会である
• [雑誌論文] A prospective study to examine the accuracies and efficacies of prediction systems for response to neoadjuvant chemotherapy for muscle invasive bladder. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kato Y, Zembutsu H, Takata R, Matsuura T, Kato R, Kanehira M, Iwasaki K, Yamada N, Katagiri T, Sugai T, Fujioka T, Nakamura Y, Obara W.
  • 雑誌名: Oncology Letters 巻: 16 ページ: 5775-5784
  • DOI: 10.3892/ol.2018.9330
  • 査読あり / オープンアクセスとしている / 国際共著/国際学会である
• [雑誌論文] Critical Role of Estrogen Receptor Alpha O-Glycosylation by N-Acetylgalactosaminyltransferase 6 (GALNT6) in Its Nuclear Localization in Breast Cancer Cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Deng, B., Tarhan, Y.E., Ueda, K., Ren, L., Katagiri, T., Park, J.H., and Nakamura, Y.
  • 雑誌名: Neoplasia 巻: 20 ページ: 1038-1044
  • DOI: 10.1016/j.neo.2018.08.006
  • 査読あり / オープンアクセスとしている / 国際共著/国際学会である
• [雑誌論文] α-particle therapy for synovial sarcoma in the mouse using an astatine-211-labeled antibody against frizzled homolog 10. (2018)
  • 著者名/発表者名: Li HK, Sugyo A, Tsuji AB, Morokoshi Y, Minegishi K, Nagasu K, Kanda H, Harada Y, Nagayama S, Katagiri T, Nakamura Y, Higashi T, Hasegawa S.
  • 雑誌名: Cancer Science 巻: 109 号: 7 ページ: 2302-2309
  • DOI: 10.1111/cas.13636
  • NAID: 120006535011
  • 査読あり / オープンアクセスとしている / 国際共著/国際学会である
• [雑誌論文] A small-molecule inhibitor of SOD1-Derlin-1 interaction ameliorates pathology in an ALS mouse model. (2018)
  • 著者名/発表者名: Tsuburaya, N., Homma, K., Higuchi, T., Balia, A., Yamakoshi, H., Shibata, N., Nakamura, S., Nakagawa, H., Ikeda, S., Umezawa, N., Kato, N., Yokoshima, S., Shibuya, M., Shimonishi, M., Kojima, H., Okabe, T., Nagano, T., Naguro, I., Imamura, K., Inoue, H., Fujisawa, T., and Ichijo, H.
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 9 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1038/s41467-018-05127-2
  • NAID: 120006546002
  • 査読あり / オープンアクセスとしている / 国際共著/国際学会である
• [雑誌論文] β-TrCP-dependent degradation of ASK1 suppresses the induction of the apoptotic response by oxidative stress. (2018)
  • 著者名/発表者名: Cheng Ran、Takeda Kohsuke、Naguro Isao、Hatta Tomohisa、Iemura Shun-ichiro、Natsume Tohru、Ichijo Hidenori、Hattori Kazuki
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta, 巻: 1862 ページ: 2271-2280
  • DOI: 10.1016/j.bbagen.2018.07.015
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nuclear receptor/Wnt beta-catenin interactions are regulated via differential CBP/p300 coactivator usage. (2018)
  • 著者名/発表者名: Ono M, Lai KKY, Wu K, Nguyen C, Lin DP, Murali R, Kahn M.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 13
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0200714
  • 査読あり / オープンアクセスとしている
• [雑誌論文] A DDX31/Mutant-p53/EGFR Axis Promotes Multistep Progression of Muscle-Invasive Bladder Cancer (2018)
  • 著者名/発表者名: Daizumoto Kei、Yoshimaru Tetsuro、Matsushita Yosuke、Fukawa Tomoya、Uehara Hisaori、Ono Masaya、Komatsu Masato、Kanayama Hiro-omi、Katagiri Toyomasa
  • 雑誌名: Cancer Research 巻: － ページ: 2233-2247
  • DOI: 10.1158/0008-5472.can-17-2528
  • 査読あり / オープンアクセスとしている
• [雑誌論文] Frequent downregulation of LRRC26 by epigenetic alterations is involved in the malignant progression of triple-negative breast cancers. (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyagawa Yoshimasa、Matsushita Yosuke、Suzuki Hiromu、Komatsu Masato、Yoshimaru Tetsuro、Kimura Ryuichiro、Yanai Ayako、Honda Junko、Tangoku Akira、Sasa Mitsunori、Miyoshi Yasuo、Katagiri Toyomasa
  • 雑誌名: Int J Oncol. 巻: － ページ: 1359-1558
  • DOI: 10.3892/ijo.2018.4301
  • 査読あり / オープンアクセスとしている
• [雑誌論文] Unfolded Protein Response Transducer IRE1-mediated Signaling Independent of XBP1 mRNA Splicing Is Not Required for Growth and Development of Medaka Fish. (2017)
  • 著者名/発表者名: Tokiro Ishikawa, Makoto Kashima, Atsushi J Nagano, Tomoko Ishikawa-Fujiwara, Yasuhiro Kamei, Takeshi Todo, Kazutoshi Mori
  • 雑誌名: Elife 巻: 6:e26845 ページ: 1-29
  • DOI: 10.7554/elife.26845
  • NAID: 120006358815
  • 査読あり / オープンアクセスとしている
• [雑誌論文] Role of the unfolded protein response in the development of central nervous system (2017)
  • 著者名/発表者名: Murao Naoya、Nishitoh Hideki
  • 雑誌名: J. Biochem. 巻: 162 ページ: 155-162
  • DOI: 10.1093/jb/mvx047
  • NAID: 40021326021
  • 査読あり / オープンアクセスとしている
• [学会発表] 小胞体の機能と制御のダイナミクス (2018)
  • 著者名/発表者名: 森 和俊
  • 学会等名: 第９１回日本生化学会大会・特別講演
  • 招待講演
• [学会発表] Crosstalk signaling between mitochondria and endoplasmic reticulum is essential for brown adipocyte function (2018)
  • 著者名/発表者名: Hideki Nishitoh
  • 学会等名: Keystone Symposia conference“Mitochondrial Biology”
  • 国際共著/国際学会である
• [学会発表] Novel therapeutic strategy for breast cancer utilizing activation of tumor suppressor PHB2 (2018)
  • 著者名/発表者名: Toyomasa Katagiri
  • 学会等名: The 34th Radiation Biology Center International Symposium
  • 国際共著/国際学会である / 招待講演
• [学会発表] プロテアソーム依存的なASK3の不活性化による高浸透圧ストレス応答の制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 周 翔宇、渡邊 謙吾、森下 和浩、名黒 功、一條 秀憲
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] トリプリネガティブ乳がんにおけるRHBDL2の役割解明と抗体創薬の可能性 (2018)
  • 著者名/発表者名: 奥村 和正, 松下 洋輔, 小松 正人, 木村 竜一朗, 吉丸 哲郎, 尾野 雅哉, 三好 康雄, 本田 純子, 笹 三徳, 丹黒 章, 片桐 豊雅
  • 学会等名: 第77回日本癌学会学術総会
• [学会発表] Dynamics of Function and Regulation of the Endoplasmic Reticulum (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazutoshi Mori
  • 学会等名: 第95回日本生理学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Mechanistic analysis of mammalian ER-associated degradation (2018)
  • 著者名/発表者名: Kazutoshi Mori
  • 学会等名: International Symposium on ER stress, glycosylation, homeostasis and diseases
  • 国際共著/国際学会である / 招待講演
• [学会発表] タンパク質の品質管理を担う小胞体内オルガネラ・ゾーン (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡田徹也 森和俊
  • 学会等名: 日本薬学会第138年会(金沢)
  • 招待講演
• [学会発表] Stapled BIG3 helical peptide ERAP potentiates anti-tumor activity for breast cancer therapeutics (2018)
  • 著者名/発表者名: 片桐豊雅
  • 学会等名: International Society of Precision Cancer Medicine Annual Meeting 2018
• [学会発表] ミトコンドリア－小胞体間クロストークを介した褐色脂肪細胞機能制御 (2018)
  • 著者名/発表者名: 加藤裕紀、西頭英起
  • 学会等名: 第3回口腔医科学フロンティア研究会
• [学会発表] The unfolded protein response : to mammals and beyond (2017)
  • 著者名/発表者名: Kazutoshi Mori
  • 学会等名: Endoplasmic Reticulum Functions in Physiology and Pathology
  • 国際共著/国際学会である / 招待講演
• [学会発表] Molecular mechanism of neurodegenerative diseases triggered by the dysfunction of ER quality control (2017)
  • 著者名/発表者名: 西頭英起
  • 学会等名: 第60回日本神経化学会大会
• [学会発表] 褐色脂肪細胞における小胞体センサーPERKを介したミトコンドリア機能制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 西頭英起
  • 学会等名: 第160回日本獣医学会学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] 小胞体の予防的品質管理における新規合成タンパク質の分解機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 門脇寿枝、西頭英起
  • 学会等名: 第12回小胞体ストレス研究会
• [学会発表] 記憶学習における小胞体品質管理機構の役割の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 村尾直哉、西頭英起
  • 学会等名: 第12回小胞体ストレス研究会
• [学会発表] PERKを介したミトコンドリアストレス応答機構の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 加藤裕紀、西頭英起
  • 学会等名: 第12回小胞体ストレス研究会
• [学会発表] 中枢神経組織における小胞体品質機構の破綻に起因する運動障害のメカニズム (2017)
  • 著者名/発表者名: 杉山崇史、村尾直哉、西頭英起
  • 学会等名: 第12回小胞体ストレス研究会
• [学会発表] 成体ニューロン新生を介した記憶学習制御における小胞体品質管理機構の役割(Role of endoplasmic reticulum (ER) quality control in learning and memory via adult hippocampal neurogenesis) (2017)
  • 著者名/発表者名: 村尾直哉、西頭英起
  • 学会等名: 第13回成体脳のニューロン新生懇談会
• [学会発表] ミトコンドリア-小胞体間のオルガネラ連携による細胞機能制御（Regulation of cell function by organelle cross-talk between mitochondria and ER） (2017)
  • 著者名/発表者名: 西頭英起
  • 学会等名: ConBio2017生命科学系学会合同年次大会
• [学会発表] 小胞体の予防的品質管理における新規合成タンパク質の分解機構 (Molecular mechanism of newly synthesized protein degradation in ER stress-induced preemptive quality control) (2017)
  • 著者名/発表者名: 門脇寿枝、西頭英起
  • 学会等名: ConBio2017生命科学系学会合同年次大会
• [学会発表] 記憶学習における小胞体品質管理機構の役割 (The role of ER quality control system in learning and memory.) (2017)
  • 著者名/発表者名: 村尾直哉、西頭英起
  • 学会等名: ConBio2017生命科学系学会合同年次大会
• [学会発表] 褐色脂肪細胞のミトコンドリア機能制御における小胞体センサーPERKの新規役割 (Novel role of ER stress receptor PERK for the regulation of mitochondrial function in brown adipocyte.) (2017)
  • 著者名/発表者名: 加藤裕紀、西頭英起
  • 学会等名: ConBio2017生命科学系学会合同年次大会
• [学会発表] 中枢神経組織における小胞体品質機構の破綻に起因する運動障害のメカニズム (Mechanisms of motor dysfunction caused by the disturbance of endoplasmic reticulum quality control system in central nervous system) (2017)
  • 著者名/発表者名: 杉山崇史、村尾直哉、西頭英起
  • 学会等名: ConBio2017生命科学系学会合同年次大会
• [図書] 生体の化学「タンパク質・核酸の分子修飾」 (2018)
  • 著者名/発表者名: 加藤裕紀、西頭英起
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 医学書院
• [図書] Precision Medicine (2018)
  • 著者名/発表者名: 吉丸哲郎、片桐豊雅
  • 出版者: 北隆館 ニューサイエンス社
• [備考] 細胞機能を司るオルガネラ・ゾーンの解読
  • URL: http://organellezone.org
• [産業財産権] プローブ、ミトコンドリアの状態判定用キット、ミトコンドリアの状態判定方法及びミトコンドリア機能改善剤のスクリーニング方法 (2018)
  • 発明者名: 西頭英起、加藤裕紀
  • 権利者名: 国立大学法人宮崎大学
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2018-234295
  • 出願年月日: 2018