蛍光バイオセンサーを用いたミトコンドリア分岐鎖アミノ酸輸送体の同定およびその解析

• 研究課題/領域番号: 17H03654
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 機能生物化学
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 今村 博臣 京都大学, 生命科学研究科, 准教授 (20422545)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2019年度)
• 配分額: 17,420千円 (直接経費: 13,400千円、間接経費: 4,020千円); 2019年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2018年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2017年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
• キーワード: 分岐鎖アミノ酸 / BCAA / イメージング / FRET / 蛍光 / トランスポーター / siRNA / 蛍光バイオセンサー / SLC25A44 / ミトコンドリア / ライブイメージング / バイオセンサー

研究成果の概要

分岐鎖アミノ酸はBCAAとも呼ばれ、様々な生理機能や疾患に関わる重要な栄養素です。細胞に取り込まれた分岐鎖アミノ酸はミトコンドリア内に運ばれて代謝されますが、これまでどのような仕組みでミトコンドリア内に運ばれるかはよくわかっていませんでした。我々は、細胞質およびミトコンドリア内の分岐鎖アミノ酸濃度をイメージングするための新しい蛍光バイオセンサーOLIVeを開発し、単一の生きた細胞内部の分岐鎖アミノ酸動態を調べることを可能にしました。この技術を用いてミトコンドリアの分岐鎖アミノ酸輸送体分子のスクリーニングをおこない、候補となる３種類の遺伝子を見出しました。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究において我々が開発した蛍光バイオセンサーは、オートファジー研究を始め分岐鎖アミノ酸が関与する幅広い生物学領域において重要な研究ツールとなることが期待されます。分岐鎖アミノ酸は様々な生理機能や疾病に関与することから、分岐鎖アミノ酸の生体内動態の理解の増進は、将来的には病気の理解や健康に大きく寄与する可能性が高いと考えられます。

研究成果

• [雑誌論文] In vivo real‐time ATP imaging in zebrafish hearts reveals G0s2 induces ischemic tolerance (2020)
  • 著者名/発表者名: Kioka Hidetaka、Kato Hisakazu、Fujita Takeshi、Asano Yoshihiro、Shintani Yasunori、Yamazaki Satoru、Tsukamoto Osamu、Imamura Hiromi、Kogo Mikihiko、Kitakaze Masafumi、Sakata Yasushi、Takashima Seiji
  • 雑誌名: The FASEB Journal 巻: 34 号: 2 ページ: 2041-2054
  • DOI: 10.1096/fj.201901686r
  • 査読あり
• [雑誌論文] Measurement of ATP concentrations in mitochondria of living cells using luminescence and fluorescence approaches (2020)
  • 著者名/発表者名: Morciano Giampaolo、Imamura Hiromi、Patergnani Simone、Pedriali Gaia、Giorgi Carlotta、Pinton Paolo
  • 雑誌名: Methods in Cell Biology 巻: 155 ページ: 199-219
  • DOI: 10.1016/bs.mcb.2019.10.007
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A molecular triage process mediated by RING finger protein 126 and BCL2-associated athanogene 6 regulates degradation of G0/G1 switch gene 2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Kamikubo Kenta、Kato Hisakazu、Kioka Hidetaka、Yamazaki Satoru、Tsukamoto Osamu、Nishida Yuya、Asano Yoshihiro、Imamura Hiromi、Kawahara Hiroyuki、Shintani Yasunori、Takashima Seiji
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 294 号: 40 ページ: 14562-14573
  • DOI: 10.1074/jbc.ra119.008544
  • 査読あり
• [雑誌論文] NAD+ consumption by PARP1 in response to DNA damage triggers metabolic shift critical for damaged cell survival (2019)
  • 著者名/発表者名: Murata Michael M.、Kong Xiangduo、Moncada Emmanuel、Chen Yumay、Imamura Hiromi、Wang Ping、Berns Michael W.、Yokomori Kyoko、Digman Michelle A.
  • 雑誌名: Molecular Biology of the Cell 巻: 30 号: 20 ページ: 2584-2597
  • DOI: 10.1091/mbc.e18-10-0650
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] OLIVe: A Genetically Encoded Fluorescent Biosensor for Quantitative Imaging of Branched-Chain Amino Acid Levels inside Single Living Cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshida Tomoki、Nakajima Hitomi、Takahashi Sena、Kakizuka Akira、Imamura Hiromi
  • 雑誌名: ACS Sensors 巻: 4 号: 12 ページ: 3333-3342
  • DOI: 10.1021/acssensors.9b02067
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Higd1a improves respiratory function in the models of mitochondrial disorder (2019)
  • 著者名/発表者名: Nagao Takemasa、Shintani Yasunori、Hayashi Takaharu、Kioka Hidetaka、Kato Hisakazu、Nishida Yuya、Yamazaki Satoru、Tsukamoto Osamu、Yashirogi Shohei、Yazawa Issei、Asano Yoshihiro、Shinzawa‐Itoh Kyoko、Imamura Hiromi、Suzuki Takeo、Suzuki Tsutomu、Goto Yu‐ichi、Takashima Seiji
  • 雑誌名: The FASEB Journal 巻: 34 号: 1 ページ: 1859-1871
  • DOI: 10.1096/fj.201800389r
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spindle pole body movement is affected by glucose and ammonium chloride in fission yeast (2019)
  • 著者名/発表者名: Ito H, Sugawara T, Shinkai S, Mizukawa S, Kondo A, Senda H, Sawai K, Ito K, Suzuki S, Takaine M, Yoshida S, Imamura H, Kitamura K, Namba T, Tate SI, Ueno M
  • 雑誌名: Biochem Biophys Res Commun 巻: 511 号: 4 ページ: 820-825
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2019.02.128
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reliable imaging of ATP in living budding and fission yeast (2019)
  • 著者名/発表者名: Takaine M, Ueno M, Kitamura K, Imamura H, Yoshida S.
  • 雑誌名: J Cell Sci. 巻: 132 号: 8 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1242/jcs.230649
  • 査読あり
• [雑誌論文] PPARα-Mediated Positive-Feedback Loop Contributes to Cold Exposure Memory (2019)
  • 著者名/発表者名: Alfaqaan Soaad、Yoshida Tomoki、Imamura Hiromi、Tsukano Chihiro、Takemoto Yoshiji、Kakizuka Akira
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 4538-4538
  • DOI: 10.1038/s41598-019-40633-3
  • NAID: 120006591437
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Automatic Quantitative Segmentation of Myotubes Reveals Single-cell Dynamics of S6 Kinase Activation (2018)
  • 著者名/発表者名: Inoue Haruki、Kunida Katsuyuki、Matsuda Naoki、Hoshino Daisuke、Wada Takumi、Imamura Hiromi、Noji Hiroyuki、Kuroda Shinya
  • 雑誌名: Cell Structure and Function 巻: 43 号: 2 ページ: 153-169
  • DOI: 10.1247/csf.18012
  • NAID: 130007472951
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Shear stress augments mitochondrial ATP generation that triggers ATP release and Ca2+ signaling in vascular endothelial cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Yamamoto Kimiko、Imamura Hiromi、Ando Joji
  • 雑誌名: American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology 巻: 315 号: 5 ページ: H1477-H1485
  • DOI: 10.1152/ajpheart.00204.2018
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A Trace Amount of Galactose, a Major Component of Milk Sugar, Allows Maturation of Glycoproteins during Sugar Starvation (2018)
  • 著者名/発表者名: Sasaoka Norio、Imamura Hiromi、Kakizuka Akira
  • 雑誌名: iScience 巻: 10 ページ: 211-221
  • DOI: 10.1016/j.isci.2018.11.035
  • NAID: 120006715477
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] General anesthetics cause mitochondrial dysfunction and reduction of intracellular ATP levels. (2018)
  • 著者名/発表者名: Kishikawa JI, Inoue Y, Fujikawa M, Nishimura K, Nakanishi A, Tanabe T, Imamura H, Yokoyama K.
  • 雑誌名: PLoS ONE 巻: 13 号: 1 ページ: e0190213-e0190213
  • DOI: 10.1371/journal.pone.0190213
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Analysis of mitochondrial function in human induced pluripotent stem cells from patients with mitochondrial diabetes due to the A3243G mutation. (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsubara M, Kanda H, Imamura H, Inoue M, Noguchi M, Hosoda K, Kakizuka A, Nakao K.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 949-949
  • DOI: 10.1038/s41598-018-19264-7
  • NAID: 120006502575
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Human AK2 links intracellular bioenergetic redistribution to the fate of hematopoietic progenitors (2018)
  • 著者名/発表者名: Oshima Koichi、Watanabe Akira、Nakahata Tatsutoshi、Saito Megumu K. et al.
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 497 号: 2 ページ: 719-725
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2018.02.139
  • NAID: 120006466601
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Transient Rise in Free Mg 2+ Ions Released from ATP-Mg Hydrolysis Contributes to Mitotic Chromosome Condensation (2018)
  • 著者名/発表者名: Maeshima Kazuhiro、Matsuda Tomoki、Shindo Yutaka、Imamura Hiromi、Tamura Sachiko、Imai Ryosuke、Kawakami Syoji、Nagashima Ryosuke、Soga Tomoyoshi、Noji Hiroyuki、Oka Kotaro、Nagai Takeharu
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 28 号: 3 ページ: 444-451
  • DOI: 10.1016/j.cub.2017.12.035
  • NAID: 120006380520
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Visualization of long-term Mg2+ dynamics in apoptotic cells using a novel targetable fluorescent probe (2017)
  • 著者名/発表者名: Matsui Y, Funato Y, Imamura H, Miki H, Mizukami S, Kikuchi K
  • 雑誌名: Chem Sci. 巻: 8 号: 12 ページ: 8255-8264
  • DOI: 10.1039/c7sc03954a
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Monitoring ATP dynamics in electrically active white matter tracts. (2017)
  • 著者名/発表者名: Trevisiol A, Saab AS, Winkler U, Marx G, Imamura H, Moebius W, Kusch K, Nave KA, Hirrlinger J.
  • 雑誌名: eLife 巻: 6
  • DOI: 10.7554/elife.24241
  • NAID: 120006318886
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Distinct intracellular Ca2+ dynamics regulate apical constriction and differentially contribute to neural tube closure. (2017)
  • 著者名/発表者名: Suzuki, M., Sato, M., Koyama, H., Hara, Y., Hayashi, K., Yasue, N., Imamura, H., Fujimori, T., Nagai, T., Campbell, RE., Ueno, N.
  • 雑誌名: Development. 巻: 144 号: 7 ページ: 1307-1316
  • DOI: 10.1242/dev.141952
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Cell competition with normal epithelial cells promotes apical extrusion of transformed cells through metabolic changes. (2017)
  • 著者名/発表者名: Shunsuke Kon, et al.
  • 雑誌名: Nature Cell Biology 巻: 印刷中 号: 5 ページ: 530-541
  • DOI: 10.1038/ncb3509
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] RLR-mediated antiviral innate immunity requires oxidative phosphorylation activity (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshizumi T, Imamura H, Taku T, Kuroki T, Kawaguchi A, Ishikawa K, Nakada K, Koshiba T
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 5379-5379
  • DOI: 10.1038/s41598-017-05808-w
  • NAID: 120007128833
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ATP Maintenance via Two Types of ATP Regulators Mitigates Pathological Phenotypes in Mouse Models of Parkinson's Disease (2017)
  • 著者名/発表者名: Nakano Masaki、Imamura Hiromi、Sasaoka Norio、Yamamoto Masamichi、Uemura Norihito、Shudo Toshiyuki、Fuchigami Tomohiro、Takahashi Ryosuke、Kakizuka Akira
  • 雑誌名: EBioMedicine 巻: 22 ページ: 225-241
  • DOI: 10.1016/j.ebiom.2017.07.024
  • NAID: 120006338063
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Fusion protein analysis reveals the precise regulation between Hsp70 and Hsp100 during protein disaggregation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Hayashi S, Nakazaki Y, Kagii K, Imamura H, Watanabe YH.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1 ページ: 8648-8648
  • DOI: 10.1038/s41598-017-08917-8
  • NAID: 120006364083
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] Genetically encoded fluorescent biosensors for understanding of metabolism at single cell level (2020)
  • 著者名/発表者名: Hiromi Imamura
  • 学会等名: 2nd WPI-NanoLSI Special Seminar
  • 招待講演
• [学会発表] 蛍光バイオセンサーによる生細胞内代謝物イメージング (2019)
  • 著者名/発表者名: 今村博臣
  • 学会等名: 日本分析化学会第68年会
  • 招待講演
• [学会発表] Genetically encoded fluorescent biosensor for branched-chain amino acids (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiromi Imamura, Tomoki Yoshida, Hitomi Nakajima, Sena Takahashi, Akira Kakizuka
  • 学会等名: 第57回日本生物物理学会年会
• [学会発表] 蛍光バイオセンサーで解き明かす細胞内代謝 (2019)
  • 著者名/発表者名: 今村博臣
  • 学会等名: 第71回日本生物工学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] 蛍光変化のダイナミックレンジを増大させたFRET型バイオセンサーの開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 米満茜、垣塚彰、今村博臣
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会第45回討論会
• [学会発表] Imaging of metabolites inside living cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiromi Imamura
  • 学会等名: Academia Sinica - Kyoto University Bilateral Symposium
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 新規発光型ATPバイオセンサーを用いた細胞内および細胞外ATPダイナミクスの定量的観測系の構築 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松岡篤志、吉田有希、垣塚彰、今村博臣
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会 第４４回討論会
• [学会発表] Single-cell imaging of intracellular ATP dynamics during apoptosis using a caspase-resistant FRET-based biosensor (2018)
  • 著者名/発表者名: Imamura H, Sakamoto S, Yoshida T, Kakizuka A
  • 学会等名: International Meeting on Optical Biosensors
  • 国際学会
• [学会発表] Imaging of intracellular ATP level revealed pannexin1-mediated programmed ATP decrease in apoptosis (2017)
  • 著者名/発表者名: Imamura Hiromi, Sakamoto Shuichiro, Yoshida Tomoki, Kakizuka Akira
  • 学会等名: 19th International Union for Pure and Applied Biophysics Congress / 11th European Biophysics Congress
  • 国際学会
• [学会発表] FRET型ATPセンサーを用いたショウジョウバエ神経細胞におけるATPの濃度と消費速度の可視化 (2017)
  • 著者名/発表者名: 津山泰一、坪内朝子、碓井理夫、今村博臣、上村匡
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会 第４３回討論会
• [学会発表] ルシフェラーゼ断片の相補的再構成を用いた新規発光ATPバイオセンサーの開発 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松岡篤志、垣塚彰、今村博臣
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会 第４３回討論会
• [学会発表] ツメガエル卵細胞におけるATPの役割の検証 (2017)
  • 著者名/発表者名: 井尻貴之、岸川淳一、今村博臣、上野秀一、岩尾康宏、横山謙、佐藤賢一
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会 第４３回討論会
• [学会発表] FRET型蛍光バイオセンサーを用いたミトコンドリア分岐鎖アミノ酸輸送体の探索 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中嶋瞳、吉田有希、垣塚彰、今村博臣
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会 第４３回討論会
• [学会発表] MPTPパーキンソン病モデルにおけるATP制御薬の発症緩和効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 中野将希、今村博臣、笹岡紀男、山本正道、上村紀仁、首藤敏之、渕上智弘、高橋良輔、垣塚彰
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会 第４３回討論会
• [学会発表] 出芽酵母の細胞内ATP変動を制御する仕組み (2017)
  • 著者名/発表者名: 高稲正勝、今村博臣、吉田知史
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会 第４３回討論会