膜透過型オートファジーの制御機構

• 研究領域: マルチモードオートファジー：多彩な経路と選択性が織り成す自己分解系の理解
• 研究課題/領域番号: 19H05710
• 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: 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター
• 研究代表者: 株田 智弘 国立研究開発法人国立精神・神経医療研究センター, 神経研究所 疾病研究第四部, 室長 (70535765)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 66,820千円 (直接経費: 51,400千円、間接経費: 15,420千円); 2023年度: 13,130千円 (直接経費: 10,100千円、間接経費: 3,030千円); 2022年度: 13,130千円 (直接経費: 10,100千円、間接経費: 3,030千円); 2021年度: 13,130千円 (直接経費: 10,100千円、間接経費: 3,030千円); 2020年度: 13,130千円 (直接経費: 10,100千円、間接経費: 3,030千円); 2019年度: 14,300千円 (直接経費: 11,000千円、間接経費: 3,300千円)
• キーワード: オートファジー / リソソーム / タンパク質分解 / RNA分解 / 核酸分解 / DUMP / 膜透過型オートファジー / 細胞内分解 / RNautophagy / 神経変性疾患 / ポリグルタミン病

研究開始時の研究の概要

本研究では領域計画研究のうち、膜透過型オートファジーにおける核酸及びタンパク質などのリソソーム膜透過の分子機構とその制御機構解明を担当する。リソソーム膜を直接透過する経路について核酸をモデル基質として、膜透過の分子機構・制御機構の解明、生理機能解明を目標とする。さらに、タンパク質のリソソーム膜透過機構解明も目指すとともに、他の生体分子に関しても膜透過型オートファジーの基質となる可能性について検討を行う。本研究で得られる情報を全計画班と共有することにより領域の目標である「細胞内リソソーム分解全体の統合的理解」を推進する。

研究実績の概要

核酸分解系については、RNautophagy/DNautophagy (RDA)を仲介する2種類のリソソーム膜タンパク質LAMP2CとSIDT2の発現の制御機構を解析した。細胞にウイルス感染をミミックする poly(I:C)を導入すると、SIDT2とLAMP2Cの発現がmRNAとタンパク質レベルで上昇した。LAMP2AやLAMP2Bの発現は上昇しなかったことから、発現上昇は選択的であった。さらに、細胞内でpoly(I:C)を認識しさまざまな自然免疫応答を惹起する因子pattern-recognition receptors (PRRs)のノックダウンおよび過剰発現系の実験結果から、PRPsのひとつであるMDA5 がSIDT2とLAMP2 mRNAの poly(I:C)依存的な発現上昇を惹起していることが明らかとなった。SIDT2 をノックアウトした細胞では、ウイルス感染時 (日本脳炎ウイルス) のウイルス由来 RNA の増加が野生型細胞と比べて顕著になり、感染性のウイルス粒子の産生量も上昇した。これらの結果から、SIDT2やLAMP2C を介したRDAがウイルス感染・増殖に対する細胞の防御機構の一部を担うことが示唆された。
SIDT2が細胞質からリソソーム内にどのように基質を輸送しているのかに関しても研究を進めた。これまでにSIDT2が核酸だけでなくタンパク質についても、細胞質側からリソソーム内に輸送することを見いだしている。タンパク質を基質として超解像顕微鏡を用いた解析を進め、輸送機構を明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Expression of RNautophagy/DNautophagy-related genes is regulated under control of an innate immune receptor (2024)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara Yuuki、Oroku Kazuki、Zhou Yinping、Takahashi Masayuki、Katayama Taiichi、Wada Keiji、Tsutsumi Nobuyuki、Sato Tetsuo、Kabuta Tomohiro
  • 雑誌名: RNA Biology 巻: 21 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1080/15476286.2023.2291610
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Nucleic acid uptake occurs independent of lysosomal acidification but dependent on ATP consumption during RNautophagy/DNautophagy (2023)
  • 著者名/発表者名: Contu Viorica Raluca、Sakai Ryohei、Fujiwara Yuuki、Kabuta Chihana、Wada Keiji、Kabuta Tomohiro
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 644 ページ: 105-111
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2022.12.090
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Guidelines for the use and interpretation of assays for monitoring autophagy (4th edition)1 (2021)
  • 著者名/発表者名: Daniel J Klionsky、Shu Aizawa、Amal Kamal Abdel-Aziz、Sara Abdelfatah、Mahmoud Abdellatif、Asghar Abdoli、Steffen Abel、Hagai Abeliovich、Marie H Abildgaard、Yakubu Princely Abudu、Abraham Acevedo-Arozena、Iannis E Adamopoulos、Khosrow Adeli、Timon E Adolph、Annagrazia Adornetto、Elma Aflaki、Galila Agam et al.
  • 雑誌名: Autophagy 巻: 17 号: 1 ページ: 1-382
  • DOI: 10.1080/15548627.2020.1797280
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cytosolic domain of SIDT2 carries an arginine-rich motif that binds to RNA/DNA and is important for the direct transport of nucleic acids into lysosomes (2020)
  • 著者名/発表者名: Hase Katsunori、Contu Viorica Raluca、Kabuta Chihana、Sakai Ryohei、Takahashi Masayuki、Kataoka Naoyuki、Hakuno Fumihiko、Takahashi Shin-Ichiro、Fujiwara Yuuki、Wada Keiji、Kabuta Tomohiro
  • 雑誌名: Autophagy 巻: NO 号: 11 ページ: 1-15
  • DOI: 10.1080/15548627.2020.1712109
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Discovery of a protein uptake pathway in lysosomes (2020)
  • 著者名/発表者名: Fujiwara Yuuki、Contu Viorica Raluca、Kabuta Chihana、Ogawa Megumu、Fujita Hiromi、Kikuchi Hisae、Sakai Ryohei、Hase Katsunori、Suzuki Mari、Koyama-Honda Ikuko、Inoue Michio、Oya Yasushi、Inoue Yukiko U.、Inoue Takayoshi、Takahashi Ryosuke、Nishino Ichizo、Wada Keiji、Noguchi Satoru、Kabuta Tomohiro
  • 雑誌名: bioRxiv 巻: -
  • DOI: 10.1101/2020.08.11.245688
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] 核酸を標的とする膜透過型オートファジー (2019)
  • 著者名/発表者名: 株田 智弘、Contu Viorica Raluca
  • 雑誌名: 生化学 巻: 91 号: 5 ページ: 620-625
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2019.910620
  • ISSN: 0037-1017
  • 年月日: 2019-10-25
• [学会発表] リソソームが直接的にタンパク質・核酸を取り込む細胞内分解機構とその役割 (2024)
  • 著者名/発表者名: 株田智弘
  • 学会等名: 第2回タンパク質シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] RNautophagyの分子メカニズムと役割 (2023)
  • 著者名/発表者名: 株田智弘
  • 学会等名: 第67回日本薬学会 関東支部大会 シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] ATP-dependent uptake of proteins by lysosomes (2022)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Kabuta
  • 学会等名: The 10th International Symposium on Autophagy
  • 国際学会
• [学会発表] リソソームによる新しいタンパク質分解機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 株田智弘
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会 シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 新しい膜透過型オートファジーの分子機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 株田智弘
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [図書] 医学のあゆみ「オートファジー-分子機構・生物学的意義・疾患との関わりー」 (2020)
  • 著者名/発表者名: 株田智弘
  • 総ページ数: 5
  • 出版者: 医歯薬出版
• [産業財産権] 標的ポリペプチド分解誘導剤 (2020)
  • 発明者名: 株田智弘、他5名
  • 権利者名: 国立研究開発法人 国立精神・神経医療研究センター
  • 産業財産権種類: 特許
  • 出願年月日: 2020