ミトコンドリアの膜とゲノムの協調的な形態制御機構

• 研究課題/領域番号: 17H03677
• 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: 細胞生物学
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 石原 直忠 大阪大学, 理学研究科, 教授 (10325516)
• 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: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 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: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
• キーワード: ミトコンドリア / オルガネラ / 生体膜 / 膜融合 / 膜分裂 / 酸素呼吸 / ミトコンドリアDNA / GTPase / mtDNA / 蛋白質 / 遺伝子 / 細胞・組織 / 膜構造

研究成果の概要

哺乳動物細胞のライブ観察を行うと、細胞内でミトコンドリアがダイナミックに形態変化を繰り返す様子を観察できる。今回、我々はミトコンドリアの融合と分裂に着目し、その制御と役割を理解するため、解析実験系を構築し、関与因子を見出し、またそれらの細胞内での機能を解析した。生化学的解析からOPA1がGTP加水分解により内膜を融合させる分子詳細を解明し、mtDNAの可視化・配置制御の研究を進め、またミトコンドリアの形態制御に関与する新規遺伝子のスクリーニングを行った。これらの解析から、ミトコンドリアの融合と分裂が、mtDNAの細胞内での配置制御に関与していることが明らかになった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

ミトコンドリアは2重膜構造からなる酸素呼吸に必須の細胞内小器官であり、エネルギー生産のみならず細胞死等の様々な細胞制御に関与している。ミトコンドリアの融合と分裂による動的な形態変化は、哺乳動物の全身レベルでの初期発生・分化、さらには様々な病態や老化などにも関与していることが明らかになりつつある。今回の基礎的な研究から見出されたミトコンドリアの新規の分子情報は、個体の恒常性維持や病態・老化等におけるミトコンドリアの役割をより深く理解する基盤的かつ重要な知見を与えるものである。

研究成果

• [雑誌論文] Mitochondrial nucleoid morphology and respiratory function are altered in Drp1-deficient HeLa cells (2020)
  • 著者名/発表者名: Ota Azusa、Ishihara Takaya、Ishihara Naotada
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: 167 号: 3 ページ: 287-294
  • DOI: 10.1093/jb/mvz112
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mitochondrial dynamics and interorganellar communication in the development and dysmorphism of mammalian oocytes (2020)
  • 著者名/発表者名: Udagawa Osamu、Ishihara Naotada
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: 167 号: 3 ページ: 257-266
  • DOI: 10.1093/jb/mvz093
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ミトコンドリア構造の動的変化と疾患 (2020)
  • 著者名/発表者名: 安田 樹、石原 孝也、石原 直忠
  • 雑誌名: 遺伝子医学MOOK「ミトコンドリアと病気」 巻: 35 ページ: 286-290
• [雑誌論文] OPA1とカルジオリピンによるミトコンドリア内膜融合の制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 植田 依里, 伴 匡人, 石原 直忠
  • 雑誌名: 生化学 巻: 91 号: 2 ページ: 268-271
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2019.910268
  • NAID: 40021942535
  • ISSN: 0037-1017
  • 年月日: 2019-04-25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ミトコンドリア膜融合反応の試験管内再構成とその分子解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石原 直忠
  • 雑誌名: 生産と技術 巻: 71 ページ: 74-76
  • NAID: 40021969881
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] ミトコンドリア構造のダイナミックな制御機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 古田 詩唯奈、石原 直忠
  • 雑誌名: 実験医学増刊 「ミトコンドリアと疾患・老化」 巻: 37 ページ: 1890-1895
• [雑誌論文] Mitochondrial hyperfusion causes neuropathy in a fly model of CMT2A (2018)
  • 著者名/発表者名: Ueda Eri、Ishihara Naotada
  • 雑誌名: EMBO reports 巻: 19 号: 8
  • DOI: 10.15252/embr.201846502
• [雑誌論文] Relationship between OPA1 and cardiolipin in mitochondrial inner-membrane fusion (2018)
  • 著者名/発表者名: Ban Tadato、Kohno Hiroto、Ishihara Takaya、Ishihara Naotada
  • 雑誌名: Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics 巻: 1859 号: 9 ページ: 951-957
  • DOI: 10.1016/j.bbabio.2018.05.016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Circadian Control of DRP1 Activity Regulates Mitochondrial Dynamics and Bioenergetics (2018)
  • 著者名/発表者名: Schmitt Karen、Grimm Amandine、Dallmann Robert、Oettinghaus Bjoern、Restelli Lisa Michelle、Witzig Melissa、Ishihara Naotada、Mihara Katsuyoshi、Ripperger Jurgen A.、Albrecht Urs、Frank Stephan、Brown Steven A.、Eckert Anne
  • 雑誌名: Cell Metabolism 巻: 27 号: 3 ページ: 657-666.e5
  • DOI: 10.1016/j.cmet.2018.01.011
• [雑誌論文] Uncoupled mitochondria quickly shorten along their long axis to form indented spheroids, instead of rings, in a fission-independent manner. (2018)
  • 著者名/発表者名: Miyazono Yoshihiro, Shingo Hirashima, Naotada Ishihara, Jingo Kusukawa, Kei-ichiro Nakamura, and Keisuke Ohta
  • 雑誌名: Scientific Report 巻: 8 号: 1 ページ: 350-350
  • DOI: 10.1038/s41598-017-18582-6
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] PARL paves the way to apoptosis. (2017)
  • 著者名/発表者名: N. Ishihara and K. Mihara.
  • 雑誌名: Nat. Cell Biol. 巻: 19 号: 4 ページ: 263-265
  • DOI: 10.1038/ncb3504
  • 国際共著
• [雑誌論文] Three-dimensional analysis of somatic mitochondrial dynamics in fission-deficient injured motor neurons using FIB/SEM (2017)
  • 著者名/発表者名: Tamada H, Kiryu-Seo S, Hosokawa H, Ohta K, Ishihara N, Nomura M, Mihara K, Nakamura KI, Kiyama H
  • 雑誌名: Jounral of Comparative Neurology 巻: 印刷中 号: 11 ページ: 1-14
  • DOI: 10.1002/cne.24213
  • NAID: 120006343671
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Aclarubicin, an anthracycline anti-cancer drug, fluorescently contrasts mitochondria and reduces the oxygen consumption rate in living human cells (2017)
  • 著者名/発表者名: Iihoshi Haruka、Ishihara Takaya、Kuroda Shogo、Ishihara Naotada、Saitoh Hisato
  • 雑誌名: Toxicology Letters 巻: 277 ページ: 109-114
  • DOI: 10.1016/j.toxlet.2017.06.006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Cell-free mitochondrial fusion assay detected by specificprotease reaction revealed Ca2+ as regulator of mitofusin dependent mitochondrial fusion (2017)
  • 著者名/発表者名: Ishihara N, Maeda M, Ban T, Mihara K.
  • 雑誌名: J Biochem 巻: 印刷中 ページ: 287-294
  • DOI: 10.1093/jb/mvx029
  • 査読あり
• [雑誌論文] Expression and purification of recombinant human L-OPA1 using BmNPV bacmid-silkworm expression system (2017)
  • 著者名/発表者名: Ban Tadato、Ishihara Naotada
  • 雑誌名: Protocol Exchange 巻: -
  • DOI: 10.1038/protex.2017.053
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] D-Glutamate is metabolized in the heart mitochondria. (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Ariyoshi, M. Katane, K. Hamase, Y. Miyoshi, M. Nakane, A. Hoshino, Y. Okawa, Y. Mita, S. Kaimoto, M. Uchihashi, K. Fukai, K. Ono, S. Tateishi, D. Hato, R. Yamanaka, S. Honda, Y. Fushimura, E. Iwai-Kanai, N. Ishihara, M. Mita, H. Homma, and S. Matoba.
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 7 号: 1 ページ: 43911-43911
  • DOI: 10.1038/srep43911
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] Roles of mitochondrial dynamics in cellular function, development, and differentiation (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishihara Naotada, Ishihara Takaya, Ogasawara Emi, Ban Tadato.
  • 学会等名: FAOAP 2019
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ミトコンドリアにおける核様体の動態を制御する新規因子の同定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 古田 詩唯奈、太田 あずさ、石原 孝也、石原 直忠
  • 学会等名: 第71回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] ミトコンドリア分裂因子のミトコンドリア抗ウイルス応答における新たな調節機能 (2019)
  • 著者名/発表者名: 花田 有希、石原 孝也、野村 政壽、小川 佳宏、石原 直忠
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会・第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会
• [学会発表] mtDNAからなる核様体の形態や配置を制御する因子の探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: Ota Azusa, Ishihara Takaya, Ban Tadato, Ishihara Naotada
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会・第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会
• [学会発表] Live imaging of mitochondrial nucleoid fission in living mammalian cells (2019)
  • 著者名/発表者名: Kanon Hirotaka, Ishihara Takaya, Ishihara Naotada
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会・第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会
• [学会発表] ミトコンドリア膜融合 GTPase OPA1 による膜融合機構の解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 伴 匡人、石原 直忠
  • 学会等名: 第19回日本蛋白質科学会年会・第71回日本細胞生物学会大会 合同年次大会
• [学会発表] 脂質によるミトコンドリア膜の融合制御と品質管理 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石原 直忠
  • 学会等名: 第61 回 日本脂質生化学会
  • 招待講演
• [学会発表] 哺乳動物のミトコンドリア構造の動的変化による生命機能制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 石原 直忠
  • 学会等名: 第136回日本育種学会
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamic regulation of mitochondrial double membranes and genome (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishihara Naotada, Ishihara Takaya, Ogasawara Emi, Ban Tadato.
  • 学会等名: 第92回日本生化学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Elucidating molecular mechanism of mitochondrial inner membrane fusion using reconstitution experiment. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ban Tadato, Ishihara Naotada
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamic regulation and pathogenicity of mutated mitochondrial DNA in mammals (2019)
  • 著者名/発表者名: Ogasawara Emi, Nakada Kazuto, Ishihara Naotada.
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [学会発表] ミトコンドリアのダイナミックな形態制御とその個体における意義 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小笠原 絵美、石原 孝也、伴 匡人、石原 直忠
  • 学会等名: 第51回日本臨床分子形態学会総会・学術集会
  • 招待講演
• [学会発表] Regulation of pathogenicity of dynamics of mutated mitochondrial DNA heteroplasmy (2019)
  • 著者名/発表者名: Ogasawara Emi, Nakada Kazuto, Ishihara Naotada.
  • 学会等名: The 16th Conference of Asia Society for Mitochondrial Research and Medicine [ASMRM] & The 19th Conference of Japanese Society of Mitochondrial Research and Medicine [J-Mit],
  • 国際学会
• [学会発表] Analysis of mitochondrial outer membrane fusion by Fzo. (2019)
  • 著者名/発表者名: Marui Takuma, Ueda Eri, Ban Tadato, Ishihara Naotada.
  • 学会等名: The 16th Conference of Asia Society for Mitochondrial Research and Medicine [ASMRM] & The 19th Conference of Japanese Society of Mitochondrial Research and Medicine [J-Mit],
  • 国際学会
• [学会発表] Regulation and dynamics of intramitochondrial structures (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishihara Naotada, Ishihara Takaya, Ogasawara Emi, Ban Tadato.
  • 学会等名: The 16th Conference of Asia Society for Mitochondrial Research and Medicine [ASMRM] & The 19th Conference of Japanese Society of Mitochondrial Research and Medicine [J-Mit]
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dynamic regulation of mitochondrial double membranes and genome (2019)
  • 著者名/発表者名: Azusa Ota, Yuki Hanada, Emi Ogasawara, Takaya Ishihara, Tadato Ban, and Naotada Ishihara
  • 学会等名: Cold spring haever asia, 2019, Mitochondria and Metabolism in Health and Disease
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Regulation of pathogenicity by dynamics of mutated mitochondrial DNA. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ogasawara Emi, Nakada Kazuto, Ishihara Nnaotada
  • 学会等名: Cold spring haever asia, 2019, Mitochondria and Metabolism in Health and Disease
  • 国際学会
• [学会発表] Live imaging of mitochondrial nucleoid fission in living mammalian cells. (2019)
  • 著者名/発表者名: Kanon Hirotaka, Ishihara Takaya, Ishihara Naotada.
  • 学会等名: Cold spring haever asia, 2019, Mitochondria and Metabolism in Health and Disease
  • 国際学会
• [学会発表] Selective mitochondrial fusion by heterotypic action between OPA1 and cardiolipin (2018)
  • 著者名/発表者名: Tadato Ban, and Naotada Ishihara
  • 学会等名: Keystone symposia, Mitochondrial Biology
  • 国際学会
• [学会発表] ミトコンドリアの融合・分裂の制御とその生理的意義 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石原直忠
  • 学会等名: 第55回日本臨床分子医学会
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamics of mitochondrial membranes and genome for mitochondrial quality control (2018)
  • 著者名/発表者名: Naotada Ishihara
  • 学会等名: 細胞生物学会・発生生物学会 合同学会
  • 招待講演
• [学会発表] 卵子形成におけるミトコンドリアのダイナミックな構造変化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 石原直忠
  • 学会等名: 第36回日本受精着床学会
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamics of mitochondrial double membranes, genomes, and functions. (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Ishihara
  • 学会等名: 20th European Bioenergetics Conference (EBEC2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Roles of mitochondrial dynamics in development and differentiation. (2018)
  • 著者名/発表者名: N. Ishihara
  • 学会等名: Japan-Korea-China Young Researchers; Symposium “Organelle dynamics in Reproductive Biology”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Dynamic regulation of mitochondrial double membranes and genome (2018)
  • 著者名/発表者名: N.Ishihara
  • 学会等名: Asian Society of Mitochondrial Research and Medicine (ASMRM 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] ミトコンドリアの融合・分裂の制御とその生理的意義 （シンポジウム） (2017)
  • 著者名/発表者名: 石原直忠、伴匡人、石原孝也、太田あずさ、一村紋佳
  • 学会等名: 第17回日本ミトコンドリア学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] ミトコンドリアの膜とゲノムのダイナミックな形態制御とその意義（シンポジウム） (2017)
  • 著者名/発表者名: 伴匡人、石原孝也、太田あずさ、一村紋佳、石原直忠
  • 学会等名: 2017年度生命科学系学会合同年次大会(ConBio2017)
  • 招待講演
• [学会発表] Roles of mitochondrial dynamics in cellular function, development, and differentiation. （シンポジウム） (2017)
  • 著者名/発表者名: Naotada Ishihara
  • 学会等名: Cardiovascular and Metabolic Week 2017 (CVMW 2017)
  • 招待講演
• [学会発表] ミトコンドリアの2重膜構造の動的変化によるミトコンドリア機能の制御（招待講演） (2017)
  • 著者名/発表者名: 伴匡人、石原孝也、太田あずさ、石原直忠
  • 学会等名: 日本生体エネルギー研究会第43回討論会
• [備考]
  • URL: https://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/dbs01/re-paper-temp.php?id=100
• [備考] 大阪大学大学院 理学研究科生物科学専攻
  • URL: https://www.bio.sci.osaka-u.ac.jp/dbs01/re-paper-temp.php?id=100
• [備考] ミトコンドリア研究 石原研究室
  • URL: http://mitochondria.jp/