ミトコンドリアの生合成と形態制御の分子機構

• 研究課題/領域番号: 14002007
• 研究種目: 特別推進研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 生物系
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 三原 勝芳 九州大学, 大学院・医学研究院, 特任教授 (40029963)
• 研究分担者: 石原 直忠 東京医科歯科大学, 大学院・医歯学総合研究科, 助手 (10325516) ; 小宮 徹 長浜バイオ大学, バイオサイエンス学部, 助教授 (40304802)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 533,000千円 (直接経費: 410,000千円、間接経費: 123,000千円); 2006年度: 72,800千円 (直接経費: 56,000千円、間接経費: 16,800千円); 2005年度: 96,200千円 (直接経費: 74,000千円、間接経費: 22,200千円); 2004年度: 120,900千円 (直接経費: 93,000千円、間接経費: 27,900千円); 2003年度: 115,700千円 (直接経費: 89,000千円、間接経費: 26,700千円); 2002年度: 127,400千円 (直接経費: 98,000千円、間接経費: 29,400千円)
• キーワード: ミトコンドリア / 蛋白質輸送 / 膜透過 / 膜融合 / 膜分裂 / 前駆体蛋白質 / 膜蛋白質 / シグナル認識

研究概要

ミトコンドリア(Mt)の膜に焦点をあて、膜蛋白質のMt標的化と膜挿入、外膜を介したアポトーシス因子の輸入輸出、ならびにMt膜の融合分裂制御の機構を明らかにする事を目的として研究を行い、以下の事柄を明らかにした。
【Mt膜蛋白質の標的化と膜挿入】配向性の異なる12種類のMt膜蛋白質について輸送ルートを解析し輸送シグナルの特性と輸送装置の関与を明らかにした。さらに、C-末端に膜結合領域を持つ蛋白質群の新規な輸送径路の発見と膜結合領域を複数回持つ膜蛋白質が外膜のTom40チャネルに依存せずTom70と膜間スペースの因子に依存して輸送される新たな機構の発見によってMt膜の生合成機構に新たな知見を加えた。輸送装置については哺乳類特異的な前駆体蛋白質受容体OM37の同定ならびに哺乳類で見いだされていなかったTom5およびTom6の同定、新規なTom40bの同定を行ったほか、輸送チャネルであるTom40の特性を明らかにした。【アポトーシス因子輸送】セミインタクト細胞を用いてBcl-2ファミリー蛋白質のMt輸送径路を初めて明らかにした。内膜結合型のアポトーシス誘発因子AIFの放出機構を解析し、細胞機能調節におけるMt内での蛋白質プロセッシングの重要性を初めて明らかにした。さらに、膜間スペースからのシトクロムCの放出を調節する新規内膜蛋白質MICS1(後述)を同定した。【Mt分裂融合の制御】Mt融合因子Mfn1,Mfn2の同定と機能解析、新規なMfn調節因子MIBの同定、内膜のMt融合因子OPA1(Optic atrophy原因遺伝子)のプロセッシングを介した融合調節とプロセッシング酵素の同定、Mt分裂因子Drp1のノックアウトマウスを作成しMt分裂反応の高次機能への関与の初めての証明、クリステ構造の維持とシトクロムcの放出を調節する内膜蛋白質MICS1(mitochondrial cristae and structure regulation)の同定、内膜蛋白質LETM1(Wolf-Hirschom Syndromen原因遺伝子)の呼吸鎖アセンブリーと内膜構造維持への関与の発見の成果を挙げた。
これらの研究成果によってミトコンドリアダイナミクスの研究に多大な貢献をすることができた。

研究成果

• [雑誌論文] An RNAi screen for mitochondrial proteins required to maintain the morphology of the organelle in C. elegans (2008)
  • 著者名/発表者名: R. Ichishita, et al.
  • 雑誌名: J. Biohcem. 143(in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] An RNAi screen for mitochondrial proteins required to maintain the morphology of the organelle in C. elegans (2008)
  • 著者名/発表者名: R. Ichishita, et al.
  • 雑誌名: J. Biochem. 143(in press)
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] An RNAi screen for mitochondrial proteins required to maintain the morphology of the organelle in C. elegans (2008)
  • 著者名/発表者名: R. Ichishita, et. al.
  • 雑誌名: J. Biochem. 143(in press)
• [雑誌論文] Tom22, a core component of the mitochondria outer membrane protein translocation pore, is a mitochondrial receptor for the proapoptotic protein Bax (2007)
  • 著者名/発表者名: G. Bellot, et al.
  • 雑誌名: Cell Death and Differentiation 14 ページ: 785-794
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Mitotic phosphorylation of dynamin-related GTPase Drp1 participates in mitochondrial fission (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Tagudhi, et al.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 282 ページ: 11521-11529
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Identification and characterization of a new Tom40 isoform, a central component of mitochondrial outer membrane translocase (2007)
  • 著者名/発表者名: J. Kinoshita, et al.
  • 雑誌名: J. Biochem. 141 ページ: 897-906
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] A novel insertion pathway of mitochondrial outer membrane proteins with multiple transmembrane segments (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Otera, et al.
  • 雑誌名: J. Cell Biol. 179 ページ: 1355-1363
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Mitotic phosphorylation of dynamin-related GTPase Drp1 participates in mitochondrial fission (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Taguchi, et al.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 282 ページ: 11521-11529
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Tom22, a core component of the mitochondria outer membrane protein translocation pore, is a mitochondrial receptor for the proapoptotic protein Bax (2007)
  • 著者名/発表者名: G. Bellot, et. al.
  • 雑誌名: Cell Death and Differentiation 14 ページ: 785-795
• [雑誌論文] Mitotic phosphorylation of dynamin-related GTPase Drp1 participates in mitochondrial fission (2007)
  • 著者名/発表者名: N. Taguchi, et. al.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 282 ページ: 11521-11529
• [雑誌論文] Identification and characterization of a new Tom40 isoform, acentral component of mitochondrial outer membrane translocase (2007)
  • 著者名/発表者名: J. Kinoshita, et. al.
  • 雑誌名: J. Biochem. 141 ページ: 897-906
• [雑誌論文] A novel insertion pathway of mitochondrial outer membrane proteins with multiple transmembrane segments (2007)
  • 著者名/発表者名: H. Otera, et. al.
  • 雑誌名: J. Cell Biol. 179 ページ: 1355-1363
• [雑誌論文] Function of positive charges following signal-anchor sequences during translocation of the N-terminal domain (2006)
  • 著者名/発表者名: Y. Kida, et al.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 281 ページ: 1152-1158
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Ubiquitin-proteasome-dependent degradation of mammalian ER stearoyl-CoA desaturase (2006)
  • 著者名/発表者名: H. Kato, et al.
  • 雑誌名: J. Cell Sci. 119 ページ: 2342-2353
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Regulation of mitochondrial morphology through proteolytic cleavage of OPA1 (2006)
  • 著者名/発表者名: N. Ishihara, et al.
  • 雑誌名: EMBO J. 25 ページ: 2966-2977
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Identification of a novel protein that regulates mitochondrial fusion by modulating mitofusin (Mfn) protein function (2006)
  • 著者名/発表者名: Y. Eura, et al.
  • 雑誌名: J. Cell Sci. 119 ページ: 4913-4925
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Cytosolic factor- and TOM-independent import of C-tail-anchored mitochondrial outer membrane proteins (2006)
  • 著者名/発表者名: K. Setoguchi, et al.
  • 雑誌名: EMBO J. 25 ページ: 5635-5647
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Ubiqutin-proteasome-dependent degradation of mammalian ER stearoyl-CoA desaturase (2006)
  • 著者名/発表者名: H. Kato, et. al.
  • 雑誌名: J. Cell Science 119 ページ: 2342-2353
• [雑誌論文] Regulation of mitochondrial morphology through proteolytic cleavage of OPA1 (2006)
  • 著者名/発表者名: N. Ishihara, et. al.
  • 雑誌名: EMBO J. 25 ページ: 2966-2977
• [雑誌論文] Identification of a novel protein that regulates mitochondrial fusion by modulating mitofusin(Mfn)protein function (2006)
  • 著者名/発表者名: Y. Eura, et. al.
  • 雑誌名: J. Cell Science 119 ページ: 4913-4925
• [雑誌論文] Cytosolic factor- and TOM-independent import of C-tail-anchored mitochondrial outer membrane proteins (2006)
  • 著者名/発表者名: K. Setoguchi, et. al.
  • 雑誌名: EMBO J. 25 ページ: 5635-5647
• [雑誌論文] Function of positive charges following signal-anchor sequences during translocation of the N-terminal domain (2006)
  • 著者名/発表者名: Y.Kida et al.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 281 ページ: 1152-1158
• [雑誌論文] Ubiquitin-proteasome dependent degradation of the Endoplasmic Reticulum Stearoyl-CoA desaturase (2006)
  • 著者名/発表者名: H.Kato et al.
  • 雑誌名: J.Cell Science 119(in press)
• [雑誌論文] Export of mitochondrial AIF in response to proapoptotic stimuli depends on processing at the intermembrane space (2005)
  • 著者名/発表者名: H. Otera, et al.
  • 雑誌名: EMBO J. 24 ページ: 1375-1386
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Switching the sorting mode of membrane proteins from cotranslational endoplasmic reticulum targeting to posttranslational mitochondrial import (2005)
  • 著者名/発表者名: E. Miyazaki, et al.
  • 雑誌名: Mol. Biol. Cell 16 ページ: 1788-1799
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Analysis of functional domains of rat mitochondrial Fisl, the mitochondrial fission-stimulating protein (2005)
  • 著者名/発表者名: A. Jofuku, et al.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 333 ページ: 650-659
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Translocation of a long amino-terminal domain through ER membrane by following signal-anchor sequence (2005)
  • 著者名/発表者名: Y. Kida, et al.
  • 雑誌名: EMBO J. 24 ページ: 3202-3213
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Switching the sorting mode of membrane proteins from cotranslationalendoplasmic reticulum targeting to posttranslational mitochondrial import (2005)
  • 著者名/発表者名: E. Miyazaki, et al.
  • 雑誌名: Mol. Biol. Cell 16 ページ: 1788-1799
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Analysis of functional domains of rat mitochondrial Fis1, the mitochondrial fission-stimulating protein (2005)
  • 著者名/発表者名: A. Jofuku, et al.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 333 ページ: 650-659
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Export of mitochondrial AIF in response to proapoptotic stimuli depends on processing at the intermembrane space (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Otera et al.
  • 雑誌名: EMBO J. 24 ページ: 1375-1386
• [雑誌論文] Switching the sorting mode of membrane proteins from cotranslational endoplasmic reticulum targeting to posttranslational mitochondrial import (2005)
  • 著者名/発表者名: E.Miyazaki et al.
  • 雑誌名: Mol.Biol.Cell 16 ページ: 1788-1799
• [雑誌論文] Analysis of functional domains of rat mitochondrial Fis1, the mitochondrial fission-stimulating protein (2005)
  • 著者名/発表者名: A.Jofuku et al.
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Commun. 333 ページ: 650-659
• [雑誌論文] Translocation of a long amino-terminal domain through ER membrane by following signal-anchor sequence (2005)
  • 著者名/発表者名: Y.Kida et al.
  • 雑誌名: EMBO J. 24 ページ: 3202-3213
• [雑誌論文] Presequence guarantees post-translational import of hydrophobic membrane proteins into mitochondria preventing co-translational targeting to ER membrane (2005)
  • 著者名/発表者名: E.Miyazaki et al.
  • 雑誌名: Mol.Biol.Cell 16(in press)
• [雑誌論文] Export of mitochondrial AIF in response to proapoptotic stimuli depends on processing at the intermembrane space (2005)
  • 著者名/発表者名: H.Otera et al.
  • 雑誌名: EMBO J. 24(in press)
• [雑誌論文] Targeting and assembly of rat mitochondrial translocase of outer membrane22 (TOM22) into the TOM complex (2004)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakamura, et al.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 279 ページ: 21223-21232
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Constitutive association of the proapoptotic protein Bim with Bcl-2-related proteins on mitochondria in T cells (2004)
  • 著者名/発表者名: Y. Zhu, et al.
  • 雑誌名: Proc. Natl. Acad. Sci. 101 ページ: 7681-7686
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Membrane-embedded C-terminal segment of rat mitochondrial TOM40 constitutes protein-conducting pore with enriched β-structure (2004)
  • 著者名/発表者名: H. Suzuki, et al.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 279 ページ: 50619-50629
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Mitofusin 1 and 2 play distinct roles in mitochondrial fusion reactions via GTPase activity (2004)
  • 著者名/発表者名: N. Ishihara, et al.
  • 雑誌名: J. Cell Sci. 117 ページ: 6535-6546
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Topogenesis of NHE1 : direct insertion of the membrane loop and sequestration of cryptic glycosylation and processing sites just after TM9 (2004)
  • 著者名/発表者名: Y. Sato, et al.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 324 ページ: 281-287
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Membrane-embedded C-terminal segment of rat mitochondrial TOM40 constitutes protein-conducting pore with enriched β -structure (2004)
  • 著者名/発表者名: H. Suzuki, et al.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 279 ページ: 50619-50629
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Constitutive association of the proapoptotic protein Bim with Bcl-2 related proteins on mitochondria in T cell (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Zhu et al.
  • 雑誌名: Proc.Natl.Acad.Sci. 101 ページ: 7681-7686
• [雑誌論文] Membrane-embedded C-terminal segment of rat mitochondrial TOM40 constitutes protein-conducting pore with enriched β-structure (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Suzuki et al.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279 ページ: 50619-50629
• [雑誌論文] Mitofusin 1 and 2 play distinct roles in mitochondrial fusion reactions via GTPase activity (2004)
  • 著者名/発表者名: N.Ishihara et al.
  • 雑誌名: J.Cell Sci. 117 ページ: 6535-6546
• [雑誌論文] Toppogenesis of NHE1 : direct insertion of the membrane loop and sequestration of cryptic glycosylation and processing sites just after TM9 (2004)
  • 著者名/発表者名: Y.Sato et al.
  • 雑誌名: Biochem.Biophys.Res.Commun. 324 ページ: 50619-51629
• [雑誌論文] Regulation of mitochondrial morphology by membrane potential, and DRP1-dependent division and FZO1-dependent fusion reaction in mammalian cells (2003)
  • 著者名/発表者名: N. Ishihara, et al.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 301 ページ: 891-898
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Moving inside membranes (2003)
  • 著者名/発表者名: K. Mihara
  • 雑誌名: Nature 424 ページ: 505-506
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Two Mitofusin proteins, mammalian homologues of FZO, with distinct functions are both required for mitochondrial fusion (2003)
  • 著者名/発表者名: Y. Eura, et al.
  • 雑誌名: J. Biochem. 134 ページ: 333-344
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Response of genes associated with mitochondrial function to mild heat stress in yeast Saccharomyces cerevisiae (2003)
  • 著者名/発表者名: K. Sakaki, et al.
  • 雑誌名: J. Biohem. 134 ページ: 373-384
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Targeting and assembly of mitochondrial tail-anchored proteinTom5 to the TOM complex depend on a signal distinct from that of tail-anchored proteins dispersed in the membrane (2003)
  • 著者名/発表者名: C. Horie, et al.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 278 ページ: 41462-41471
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Response of genes associated with mitochondrial function to mildheat stress in yeast Saccharomyces cerevisiae (2003)
  • 著者名/発表者名: K. Sakaki, et al.
  • 雑誌名: J. Biochem. 134 ページ: 373-384
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Targeting and assembly of mitochondrial tail-anchored protein Tom5 to the TOM complex depend on a signal distinct from that of tail-anchored proteins dispersed in the membrane (2003)
  • 著者名/発表者名: C. Horie, et al.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 278 ページ: 41462-41471
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Characterization of signal that directs C-tail-anchored proteins to mammalian mitochondrial outer membrane (2002)
  • 著者名/発表者名: C. Horie, et al.
  • 雑誌名: Mol. Biol. Cell 13 ページ: 1615-1625
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Characterization of rat TOM70 as a receptor of the preprotein translocase of the mitochondrial outer membrane (2002)
  • 著者名/発表者名: H. Suzuki, et al.
  • 雑誌名: J. Cell Sci. 115 ページ: 1895-1905
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Membrane topogenesis of the three amino-terminal transmembrane segments of glucose-6-phosphatase on endoplasmic reticulum (2002)
  • 著者名/発表者名: K. Ukaji, et al.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 292 ページ: 153-160
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Mammalian mitochondrial endonuclease G : Digestion of R-loops and localization in intermembrane space (2002)
  • 著者名/発表者名: T. Ohsato, et al.
  • 雑誌名: Eur. J. Biochem. 269 ページ: 5765-5770
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The tenth membrane region of band3 is initially exposed to the luminal side of the endoplasmic reticulum and then integrated into a partially folded band 3 intermediate (2002)
  • 著者名/発表者名: T. Kanki, et al.
  • 雑誌名: Biochemistry 41 ページ: 13973-13981
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [文献書誌] K.Mihara: "Moving inside membranes"nature. 424. 505-506 (2003)
• [文献書誌] Y.Eura et al.: "Two mitofusin proteins, mammalian homologues of FZO, with distinct functions are both required for mitochondrial fusion"J.Biochem.. 134. 333-344 (2003)
• [文献書誌] K.Sakaki et al.: "Response of genes associated with mitochondrial function to mild heat stress in yeast saccharomyces cerevisiae"J.Biochem.. 134. 373-384 (2003)
• [文献書誌] C.Horie et al.: "Targeting and assembly of mitochondrial tail-anchored protein Tom5 to the TOM complex depend on a signal distinct from that of tail-anchored proteins dispersed in the membrane"J.Biol.Chem.. 278. 41462-41471 (2003)
• [文献書誌] Y.Nakamura et al.: "Targeting and assembly of rat mitochondrial TOM22 into the TOM complex"J.Biol.Chem.. 279(in press). (2004)
• [文献書誌] C.Horie et al.: "Characterization of the signal thet directs the C-tail anchored proteins to the mitochondrial outer membrane"Mol. Biol. Cell. 13. 1615-1625 (2002)
• [文献書誌] H.Suzuki et al.: "Characterization of rat TOM70 as a receptor of the preprotein translocase of the mitochondrial outer membrane"J. Cell Sci.. 115. 1895-1905 (2002)
• [文献書誌] K.Ukaji et al.: "Membrane topogenesis of the three amino-terminal transmembrane segments of Glucose-6-phosphatase on endoplasmic reticulum"Biochem. Biophys. Res. Comm.. 292. 153-160 (2002)
• [文献書誌] T.Ohsato et al.: "Mammalian mitochondrial endonuclease G : Digestion of R-loops and localization in intermembrane space"Eur. J. Biochem.. 269. 5765-5770 (2002)
• [文献書誌] T.Kanki et al.: "The tenth membrane region of Band 3 is initially exposed to the luminal side of the endoplasmic reticulum and then integrated into a partially folded Band 3 intermediate"Biochemistry. 41. 13973-13981 (2002)
• [文献書誌] N.Ishihara et al.: "Regulation of mitochondrial morphology by membrane potential, and DRP1-dependent division and FZO1-dependent fusion reaction in mammalian cells"Biochem Biophys. Res. Comm.. 301. 891-898 (2002)