膜リン脂質の位置情報に基づく細胞膜の機能分化・形態形成機構の解明

• 研究課題/領域番号: 15207015
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 細胞生物学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 梅田 真郷 (梅田 眞郷) 京都大学, 化学研究所, 教授 (10185069)
• 研究分担者: 竹内 研一 京都大学, 化学研究所, 助手 (70270684) ; 加藤 詩子 京都大学, 化学研究所, 助手 (90362392) ; 稲留 弘乃 (稲留 弘之) 京都大学, 化学研究所, 教務職員 (30378872) ; 兼田 瑞穂 東京都医学研究機構, 東京都臨床医学総合研究所, 主任研究員 (50113494) ; 山本 正雅 東京都医学研究機構, 東京都臨床医学総合研究所, 主任研究員 (50150884)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2006
• 研究課題ステータス: 完了 (2006年度)
• 配分額: 48,880千円 (直接経費: 37,600千円、間接経費: 11,280千円); 2006年度: 9,100千円 (直接経費: 7,000千円、間接経費: 2,100千円); 2005年度: 8,970千円 (直接経費: 6,900千円、間接経費: 2,070千円); 2004年度: 13,910千円 (直接経費: 10,700千円、間接経費: 3,210千円); 2003年度: 16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円)
• キーワード: 生体膜 / リン脂質 / フリップ・フロップ / P型ATPase / ホスファチジルエタノールアミン / 細胞骨格 / 形態形成 / ショウジョウバエ / 膜質二重層 / フリップ-フロップ / 細胞サイズ / 酵母 / 脂質二重層 / 細胞極性 / 上皮細胞 / アクチン

研究概要

我々は、酵母におけるリン脂質非対称分布に異常を来した変異株の樹立とその原因遺伝子の解析から、膜リン脂質のフリップ・フロップを制御する新たな蛋白質ROS3を同定した。ROS3は酵母から哺乳動物まで幅広い生物で保存されており、細胞機能発現において普遍的な役割を果たしていることが示唆された。そこで、ROS3の多細胞生物における役割を明らかにすべく、まずショウジョウバエの個体発生における役割を解析した。具体的には、RNA干渉によるショウジョウバエにおけるROS3相同分子の発現抑制個体ならびにROS3過剰発現個体を作製し、各変異個体の形態形成異常を詳細に観察した。その結果、ROS3の発現抑制により著しい細胞サイズの減少が観察され、また過剰発現個体においては細胞の極性・形態形成に異常が観察された。これらの知見は、ROS3が細胞の極性形成ならびに細胞サイズの制御に重要な役割を果たしていることを示唆している。さらに、その分子メカニズムを明らかにすべく、哺乳動物培養細胞を用いてROS3の機能解析を進めた。その結果、培養細胞においてもROS3過剰発現により細胞サイズの著しい増加が観察され、ROS3の発現抑制により細胞の形態異常が認められた。これらの知見は、ショウジョウバエ個体で観察された現象が、哺乳動物培養細胞においても再現されることを示している。さらに、ROS3の過剰発現およびRNAiによる発現抑制した細胞株群を樹立し、その機能解析を進めた。その結果、ROS3はリン脂質輸送分子P型ATPaseと相互作用し、形質膜におけるリン脂質のフリップ・フロップ運動の制御することを明らかにした。また、ROS3過剰発現細胞では細胞面積が大きくなり活発に移動を行う様子が観察されたことから、トランスウェルアッセイによりROS3の細胞運動に及ぼす影響を詳細に検討した。その結果、ROS3はP型ATPaseならびに小分子量Gタンパク質Arf6と細胞の伸展部位に形成されるラッフル膜に局在し、局所的な膜リン脂質フリップ・フロップの調節を介して、Arf6などの小分子量G蛋白質の活性化を制御していることを明らかにした。これらの研究結果は、膜局所における脂質分子のフリップ・フロップの変化が、アクチン骨格の再編および形質膜てこの小胞輸送を制御し、細胞運動ならびにサイズ制御において重要な役割を果たすことを示す最初に知見となった。

研究成果

• [雑誌論文] Inhibition of reversed electron transfer and proton transport in the beef heart cytochrome bcl complex by chemical modification. (2007)
  • 著者名/発表者名: Miki T., et al.
  • 雑誌名: J Biochem. 141 ページ: 377-387
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Inhibition of reversed electron transfer and proton transport in the beef heart cytochrome bcl complex by chemical modification. (2007)
  • 著者名/発表者名: Miki T, Umeda M, Harada Y.
  • 雑誌名: J Biochem. 141 ページ: 377-387
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The ratio of phosphatidylcholine to phosphatidylethanolamine influences membrane integrity and steatohepatitis. (2006)
  • 著者名/発表者名: Li Z., et al.
  • 雑誌名: Cell Metab. 3 ページ: 321-331
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Sphingomyelin levels in the plasma membrane correlate with the activation state of muscle satellite cells. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nagata Y., et al.
  • 雑誌名: J Histochem Cytochem. 54 ページ: 375-384
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 脂質二重層を横切るフリップ・フロップ脂質輸送 (2006)
  • 著者名/発表者名: 植田和光, 稲留弘乃, 梅田真郷
  • 雑誌名: 実験医学 24 (7) ページ: 905-991
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 脂質を見る-脂質結合プローブを用いた脂質の分布と動態の解析- (2006)
  • 著者名/発表者名: 小林俊秀, 岩本邦彦, 加藤詩子, 梅由真郷
  • 雑誌名: 実験医学 24 (6) ページ: 929-935
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The ratio of phosphatidylcholine to phosphatidylethanolamine influences membrane integrity and steatohepatitis. (2006)
  • 著者名/発表者名: Li Z, Agellon LB, Allen TM, Umeda M, Jewell L, Mason A, Vance DE.
  • 雑誌名: Cell Metab. 3 ページ: 321-331
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Sphingomyelin levels in the plasma membrane correlate with the activation state of muscle satellite cells. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nagata Y, Kobayashi H, Umeda M, Ohta N, Kawashima S, Zammit PS, Matsuda R.
  • 雑誌名: J Histochem Cytochenz. 54 ページ: 375-384
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] 脂質二重層を横切るフリップ・フロップ脂質輸送 (2006)
  • 著者名/発表者名: 植田和光, 稲留弘乃, 梅田真郷
  • 雑誌名: 実験医学 24(7) ページ: 905-991
• [雑誌論文] 脂質を見る-脂質結合プローブを用いた脂質の分布と動態の解析- (2006)
  • 著者名/発表者名: 小林俊秀, 岩本邦彦, 加藤詩子, 梅田真郷
  • 雑誌名: 実験医学 24(6) ページ: 929-935
• [雑誌論文] Changes in sphingomyelin levels in the plasma membrane correlate with the transition between quiescence/activation in muscle satellite cells. (2006)
  • 著者名/発表者名: Nagata, Y, et al.
  • 雑誌名: Histochem.Cytochem. 54 ページ: 375-384
• [雑誌論文] Local change in phospholipid composition at the cleavage furrow is essential for completion of cytokinesis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Emoto, K., et al.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 280 ページ: 37901-37901
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] The activation of exocytic sites by the formation of phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate microdomains at syntaxin clusters. (2005)
  • 著者名/発表者名: Aoyagi, K., et al.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 280 ページ: 2089-2104
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] 膜脂質と生物温度センサー : ショウジョウバエの行動を指標にした脂質生物学の試み (2005)
  • 著者名/発表者名: 竹内研一, 梅田真郷
  • 雑誌名: 実験医学 23 ページ: 961-967
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Phosphatidylethanolamine domains and localization of phospholipid synthase in Bacillus subtilis membranes. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nishibori, A., et al.
  • 雑誌名: J. Bacteriol. 187 ページ: 2163-2174
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Local change in phospholipid composition at the cleavage furrow is essential for completion of cytokinesis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Emoto, K., Inadome, H., Kanaho, Y., Narumiya, S., Umeda, M.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 280 ページ: 37901-37907
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] The activation of exocytic sites by the formation of phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate microdomains at syntaxin clusters. (2005)
  • 著者名/発表者名: Aoyagi, K., Sugaya, T., Umeda, M., Yamamoto, S., Terakawa, S., Takahashi, M.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 280 ページ: 2089-2104
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Phosphatidylethanolamine domains and localization of phospholipid synthase in Bacillus subtilis membranes. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nishibori, A., Kusaka, J., Hara, J., Umeda, M., Matsumoto, K.
  • 雑誌名: J. Bacteriol. 187 ページ: 2163-2174
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Local change in phospholipid composition at the cleavage furrow is essential for completion of cytokinesis. (2005)
  • 著者名/発表者名: Emoto, K., et al.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280 ページ: 37901-37901
• [雑誌論文] The activation of exocytic sites by the formation of phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate microdomains at syntaxin clusters. (2005)
  • 著者名/発表者名: Aoyagi, K., et al.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 280 ページ: 2089-2104
• [雑誌論文] Phosphatidylethanolamine domains and localization of phospholipid synthase in Bacillus subtilis membranes. (2005)
  • 著者名/発表者名: Nishibori, A., et al.
  • 雑誌名: J.Bacteriol. 187 ページ: 2163-2174
• [雑誌論文] 膜脂質と生物温度センサー:ショウジョウバエの行動を指標にした脂質生物学の試み (2005)
  • 著者名/発表者名: 竹内研一, 梅田真郷
  • 雑誌名: 実験医学 23 ページ: 961-967
• [雑誌論文] Cell biology of lysenin, a protein in the coelomic fluid of the earthworm Eisenia fetida. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, H., Ohta, N., Umeda, M.
  • 雑誌名: Int. Rev. Cytol. 236 ページ: 45-103
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Cdc50p, a protein required for polarized growth. associates with the Drs2p P-typeATPase, implicated in phospholipid translocation in Saccharomyces cerevisiae. (2004)
  • 著者名/発表者名: Saito, K., et al.
  • 雑誌名: Mol. Biol. Cell 15 ページ: 3418-3432
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Regulation of membrane lipid dynamics in cell polarization. (2004)
  • 著者名/発表者名: Umeda, M., Kato, U.
  • 雑誌名: Chem. Phys. 130 ページ: 8-9
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] In vivo and in vitro reconstitution of Atg8 conjugation essential for autophagy (2004)
  • 著者名/発表者名: Ichimura, Y., et al.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 279 ページ: 40584-40592
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Local exposure of phosphatidylethanolamine on the yeast plasma membrane is implicated in cell polarity. (2004)
  • 著者名/発表者名: Iwamoto, K., et al.
  • 雑誌名: Genes to Cells 9 ページ: 891-903
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Suppressiion of a phosphatidylinositol 3-kinase signal by a specific spliced variant of Drosophila PTEN. (2004)
  • 著者名/発表者名: Maehama, T., et al.
  • 雑誌名: FEBS. Lett 565 ページ: 43-47
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Biology of lysenin, a protein in the coelomic fluid of the earthworm Eisenia fetida. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, H., Ohta, N., Umeda, M.
  • 雑誌名: Int. Rev. Cytol. 236 ページ: 45-103
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Cdc50p, a protein required for polarized growth, associates with the Drs2p P-typeATPase, implicated in phospholipid translocation in Saccharomyces cerevisiae. (2004)
  • 著者名/発表者名: Saito, K., Fujimura-Kamada, K., Furuta, N., Kato, U., Umeda, M., Tanaka, K.
  • 雑誌名: Mol. Biol. Cell IS 15 ページ: 3418-3432
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Regulation of membrane lipid dynamics in cell polarization. (2004)
  • 著者名/発表者名: Umeda, M., Kato, U.
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lipids. 130 ページ: 8-9
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] In vivo and in vitro reconstitution of Atg8 conjugation essential for autophagy. (2004)
  • 著者名/発表者名: Ichimura, Y., Imanura, Y., Emoto, K., Umeda, M., Noda, T, Ohsumi, Y.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 279 ページ: 40584-40592
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Local exposure of phosphatidylethanolamine on the yeast plasma membrane is implicated in cell polarity. (2004)
  • 著者名/発表者名: Iwamoto, K., Kobayashi, S., Fukuda, R., Umeda, M., Kobayashi, T., Ohta, A.
  • 雑誌名: Genes to Cells 9 ページ: 891-903
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Suppressiion of a phosphatidylinositol 3-kinase signal by a specific spliced variant of Drosophila PTEN. (2004)
  • 著者名/発表者名: Maehama, T., Kosaka, N., Okahara, F., Takeuchi, K., Umeda, M., Dixon, J.E., Kanaho, Y
  • 雑誌名: FEBS. Lett. 565 ページ: 43-47
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Cell biology of lysenin, a protein in the coelomic fluid of the earthworm Eisenia fetida. (2004)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi, H., Ohta, N., Umeda, M.
  • 雑誌名: Int.Rev.Cytol. 236 ページ: 45-103
• [雑誌論文] Cdc50p, a protein required for polarized growth, associated with the Drs2p P-typeATPase, implicated in phospholipid translocation in Saccharomyces cerevisiae. (2004)
  • 著者名/発表者名: Saito, K., et al.
  • 雑誌名: Mol.Biol.Cell 15 ページ: 40584-40592
• [雑誌論文] Suppression of a phosphatidylinositol 3-kinase signal by a specific spliced variant of Drosophila PTEN. (2004)
  • 著者名/発表者名: Maehama, T., et al.
  • 雑誌名: FEBS.Lett 565 ページ: 43-47
• [雑誌論文] Oligomerization and pore formation of a sphingomyelin-specific toxin, lysenin. (2003)
  • 著者名/発表者名: Yamaji-Hasegawa, A. et al.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem 278 ページ: 22762-22770
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Participation of a fusogenic protein, glyceraldehydes-3-phosphate dehydrogenase, in nuclear membrane assembly. (2003)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa, T. et al.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 278 ページ: 20395-20404
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Identification ot phospholipid scramblase 1 as a novel interacting molecule with β-secretase (β-site amyloid precursor protein (APP)cleaving enxyme (BACE)) (2003)
  • 著者名/発表者名: Kametaka, S. et al.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 278 ページ: 15239-15245
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Cinnamycin (Ro 09-0198) promotes cell binding and toxicity by inducing transbilayer lipid movement. (2003)
  • 著者名/発表者名: Makino, A. et al.
  • 雑誌名: J.Biol.Chem. 278 ページ: 3204-3209
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [雑誌論文] Oligomerization and pore formation of a sphingomyelin-specific toxin, lysenin. (2003)
  • 著者名/発表者名: Yamaji-Hasegawa, A., Baba, T, Sato, S.B., Senoh, Y, Makino, A., Kiyokawa, E., Umeda, M., Kobayashi, T.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 278 ページ: 22762-22770
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Participation of a fusogenic protein, glyceraldehydes-3-phosphate dehydrogenase, in nuclear membrane assembly. (2003)
  • 著者名/発表者名: Nakagawa, T., Hirano, Y, Inomata, A., Yokota, S., Miyachi, K., Kaneda, M., Umeda, M., Furukaea, K., Omata, S., Horigome, T.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 278 ページ: 20395-20404
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Identification of phospholipid scramblase 1 as a novel interacting molecule with f3-secretase (n-site amyloid precursor protein (APP) cleaving enxyme (BACE)). (2003)
  • 著者名/発表者名: Kametaka, S, Shibata, M, Moroe, K, Kanamori, S, Ohsawa, Y, Waguri, S, Sims, PJ, Emoto, K, Umeda M, Uchiyama, Y.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 278 ページ: 15239-15245
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [雑誌論文] Cinnamycin (Ro 09-0198) promotes cell binding and toxicity by inducing transbilayer lipid movement. (2003)
  • 著者名/発表者名: Makino, A., Baba, T., Fujimoto, K., Iwamoto, K., Yano, Y, Terada, N., Ohno, S., Sato, S.B., Ohta, A., Umeda, M., Matsuzaki, K., Kobayashi, T
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 278 ページ: 3204-3209
  • 説明: 「研究成果報告書概要(欧文)」より
• [図書] リポソーム応用の新展開~人工細胞の開発に向けて~ (2005)
  • 著者名/発表者名: 加藤詩子, 稲留弘之, 梅田真郷
  • 出版者: エヌ・ティー・エス出版
  • 説明: 「研究成果報告書概要(和文)」より
• [図書] リポソーム応用の新展開〜人口細胞の開発に向けて〜 (2005)
  • 著者名/発表者名: 加藤詩子, 稲留弘之, 梅田真郷
  • 出版者: エヌ・ティー・エス出版
• [文献書誌] Kobayashi, H., Umeda, M.: "Cell biology of lysenin, a potein in the coelomic fluid of the earthworm Eisenia fetida"Int.Rev.Cytol.. (in press).
• [文献書誌] Katoh, U., Umeda, M.: "Role of membrane phospholipids on cytokinesis"Progress in Lipid Res.. (in press).
• [文献書誌] Yamaji-Hasegawa, A.et al.: "Oligomerization and pore formation of a sphingomyelin-specific toxin, lysenin"J.Biol.Chem.. 278. 22762-22770 (2003)
• [文献書誌] NakagaWa, T.et al.: "Participation of a fusogenic protein, glyceraldehydes-3-phosphate dehydrogenase, in nuclear membrane assembly"J.Biol.Chem.. 278. 20395-20404 (2003)
• [文献書誌] Kametaka, S.et al.: "Identification of phospholipid scramblase 1 as a novel interacting molecule with β-secretase(β-site amyloid precursor protein(APP) cleaving enxyme(BACE))"J.Biol.Chem.. 278. 15239-15245 (2003)
• [文献書誌] Makino, A.et al.: "Cinnamycin(Ro 09-0198) promotes cell binding and toxicity by inducing transbilayer lipid movement"J.Biol.Chem. 278. 3204-3209 (2003)
• [文献書誌] 加藤詩子, 梅田真郷: "細胞膜脂質の非対称性と細胞極性形成"実験医学. 21. 460-465 (2003)