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

• 研究課題/領域番号: 14J04556
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 形態・構造
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 井元 祐太 九州大学, 生体防御医学研究所, 特別研究員(SPD)
• 研究期間 (年度): 2014-04-25 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円); 2016年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2015年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円); 2014年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
• キーワード: 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

研究実績の概要

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。

現在までの達成度 (段落)

28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

28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] Defining dynamin-based ring organizing center on the peroxisome-dividing machinery isolated from Cyanidioschyzon merolae. (2017)
  • 著者名/発表者名: Imoto, Y., Abe, Y., Okumoto, K., Honsho, M., Kuroiwa, H., Kuroiwa, T., and *Fujiki, Y.
  • 雑誌名: J. Cell Sci. 巻: 130 号: 5 ページ: 853-867
  • DOI: 10.1242/jcs.199182
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: Kuroiwa, T., Ohnuma, M., Imoto, Y., Misumi, O., Nagata, N., Miyakawa, I., Fujishima, M., Yagisawa, F., Kuroiwa, H.
  • 雑誌名: ＣＹＴＯＬＯＧＩＡ 巻: 81 号: 1 ページ: 69-76
  • DOI: 10.1508/cytologia.81.69
  • NAID: 130005143755
  • ISSN: 0011-4545, 1348-7019
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: Kuroiwa T, Ohnuma M, Nozaki H, Imoto Y, Misumi O and Kuroiwa H
  • 雑誌名: Cytologia 巻: 80 号: 2 ページ: 143-150
  • DOI: 10.1508/cytologia.80.143
  • NAID: 130005074293
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 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)
  • 著者名/発表者名: Kuroiwa T, Ohnuma M, Imoto Y, and Kuroiwa H
  • 雑誌名: ＣＹＴＯＬＯＧＩＡ 巻: 79 号: 4 ページ: 501-507
  • DOI: 10.1508/cytologia.79.501
  • NAID: 130004801653
  • ISSN: 0011-4545, 1348-7019
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本生化学会第89回大会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2016-09-26
• [学会発表] ペルオキシソーム分裂装置の構造と機能解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本植物学会第80回大会
  • 発表場所: 沖縄
  • 年月日: 2016-09-16
• [学会発表] Discovery of ring-shaped supramolecular nanomachinery for organelle division by single-organelle EM analysis (2016)
  • 著者名/発表者名: Imoto Y, Kuroiwa T, Fujiki Y
  • 学会等名: Progress 100 symposium: Protein trafficking and intracellular signaling of plant and fungal cells
  • 発表場所: 福岡県、九州大学
  • 年月日: 2016-02-09
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Analysis of ultrastructure and molecular mechanism of the mitochondrion and peroxisome dividing machineries (2015)
  • 著者名/発表者名: Imoto Y, Abe Y, Honsho M, Okumoto K, Yoshida M, Kuroiwa H, Kuroiwa T, Fujiki Y
  • 学会等名: Japan society for Biochemistry and molecular biology
  • 発表場所: 兵庫県、神戸ポートアイランド
  • 年月日: 2015-12-02
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Ultrastructure of Ring-shaped Supramolecular Nanomachinery for the Division of Peroxisome and Mitochondrion Revealed by EM-Based Single Organelle Analysis (2015)
  • 著者名/発表者名: Imoto Y, Kuroiwa T, Fujiki Y
  • 学会等名: The 25 the Hot Spring Harbor International Symposium: Cutting Edge of Technical Innovations in Structural and Systems Biology
  • 発表場所: 福岡県、九州大学
  • 年月日: 2015-11-14
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 井元祐太、黒岩晴子、大沼みお、藤木幸夫、黒岩常祥
  • 学会等名: 日本植物学会第78 回大会
  • 発表場所: 明治大学生田キャンパス
  • 年月日: 2014-09-12
• [学会発表] 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)
  • 著者名/発表者名: 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
  • 学会等名: 日本細胞生物学会第66回大会
  • 発表場所: 奈良県新公会堂
  • 年月日: 2014-06-11