多角的アプローチによる繊毛内タンパク質輸送システムの解明

• 研究課題/領域番号: 18H02403
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分43030:機能生物化学関連
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 加藤 洋平 京都大学, 薬学研究科, 講師 (90568172)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020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); 2020年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2019年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円); 2018年度: 7,670千円 (直接経費: 5,900千円、間接経費: 1,770千円)
• キーワード: 一次繊毛 / 繊毛病 / IFT複合体 / 中心体 / トランジションゾーン / モータータンパク質 / BBSome複合体 / リン酸化

研究成果の概要

一次繊毛は細胞のアンテナとして機能するオルガネラであり、その異常は多様な重篤症状を呈する繊毛病を引き起こす。一次繊毛の形成や機能維持において基盤となるのは繊毛内に受容体等を輸送する繊毛内タンパク質輸送装置（IFT装置）である。IFT装置は40種類以上のタンパク質から成る複雑な分子マシンである。本研究では、研究代表者が開発・改良した『観るだけでわかるタンパク質間相互作用解析法：VIPアッセイ』、『改良型CRISPR/Cas9ゲノム編集法』、『膨張顕微鏡法による超解像イメージング』を駆使した多角的なアプローチによる解析によって、IFT装置の構築様式および動作原理の一端を解明した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

一次繊毛の異常は多様な重篤症状（嚢胞腎、網膜変性、骨形成異常、病的肥満、精神遅滞、内臓逆位、多指、不妊など）を呈する繊毛病を引き起こすことから医学的に極めて重要な研究対象である。近年の次世代DNAシークエンシング技術の発展に伴って、繊毛病の原因となる遺伝子変異の発見が加速しているが、なぜ病気になるのかという分子基盤の解明は遅れている。本研究によるIFT装置の構築様式や動作原理の解明は、繊毛病の発症メカニズムの解明に大きく寄与するものである。

研究成果

• [雑誌論文] Molecular basis of ciliary defects caused by compound heterozygous IFT144/WDR19 mutations found in cranioectodermal dysplasia (2021)
  • 著者名/発表者名: Ishida Yamato、Kobayashi Takuya、Chiba Shuhei、Katoh Yohei、Nakayama Kazuhisa
  • 雑誌名: Human Molecular Genetics 巻: - 号: 3-4 ページ: 213-225
  • DOI: 10.1093/hmg/ddab034
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interaction of INPP5E with ARL13B is essential for its ciliary membrane retention but dispensable for its ciliary entry (2021)
  • 著者名/発表者名: Qiu Hantian、Fujisawa Sayaka、Nozaki Shohei、Katoh Yohei、Nakayama Kazuhisa
  • 雑誌名: Biology Open 巻: 10
  • DOI: 10.1242/bio.057653
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cooperation of the IFT-A complex with the IFT-B complex is required for ciliary retrograde protein trafficking and GPCR import (2021)
  • 著者名/発表者名: Kobayashi Takuya、Ishida Yamato、Hirano Tomoaki、Katoh Yohei、Nakayama Kazuhisa
  • 雑誌名: Molecular Biology of the Cell 巻: 32 号: 1 ページ: 45-56
  • DOI: 10.1091/mbc.e20-08-0556
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anterograde trafficking of ciliary MAP kinase?like ICK/CILK1 by the intraflagellar transport machinery is required for intraciliary retrograde protein trafficking (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakamura Kentaro、Noguchi Tatsuro、Takahara Mariko、Omori Yoshihiro、Furukawa Takahisa、Katoh Yohei、Nakayama Kazuhisa
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 295 号: 38 ページ: 13363-13376
  • DOI: 10.1074/jbc.ra120.014142
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Formation of the B9-domain protein complex MKS1?B9D2?B9D1 is essential as a diffusion barrier for ciliary membrane proteins (2020)
  • 著者名/発表者名: Okazaki Misato、Kobayashi Takuya、Chiba Shuhei、Takei Ryota、Liang Luxiaoxue、Nakayama Kazuhisa、Katoh Yohei
  • 雑誌名: Molecular Biology of the Cell 巻: 31 号: 20 ページ: 2259-2268
  • DOI: 10.1091/mbc.e20-03-0208
  • 査読あり
• [雑誌論文] Practical method for superresolution imaging of primary cilia and centrioles by expansion microscopy using an amplibody for fluorescence signal amplification (2020)
  • 著者名/発表者名: Katoh Yohei、Chiba Shuhei、Nakayama Kazuhisa
  • 雑誌名: Molecular Biology of the Cell 巻: 31 号: 20 ページ: 2195-2206
  • DOI: 10.1091/mbc.e20-04-0250
  • 査読あり
• [雑誌論文] Architecture of the IFT ciliary trafficking machinery and interplay between its components (2020)
  • 著者名/発表者名: Nakayama Kazuhisa、Katoh Yohei
  • 雑誌名: Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology 巻: 55 号: 2 ページ: 179-196
  • DOI: 10.1080/10409238.2020.1768206
  • 査読あり
• [雑誌論文] Requirement of IFT-B-BBSome complex interaction in export of GPR161 from cilia (2019)
  • 著者名/発表者名: Nozaki Shohei、Castro Araya Roiner Francisco、Katoh Yohei、Nakayama Kazuhisa
  • 雑誌名: Biology Open 巻: 8
  • DOI: 10.1242/bio.043786
  • NAID: 120006796402
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 繊毛内タンパク質輸送を担うモータータンパク質の構築様式と機能 (2019)
  • 著者名/発表者名: 加藤洋平
  • 雑誌名: 日本薬理学雑誌 巻: 154 号: 4 ページ: 186-191
  • DOI: 10.1254/fpj.154.186
  • NAID: 130007726217
  • ISSN: 0015-5691, 1347-8397
• [雑誌論文] Interactions of the dynein-2 intermediate chain WDR34 with the light chains are required for ciliary retrograde protein trafficking (2019)
  • 著者名/発表者名: Tsurumi Yuta、Hamada Yuki、Katoh Yohei、Nakayama Kazuhisa
  • 雑誌名: Molecular Biology of the Cell 巻: 30 号: 5 ページ: 658-670
  • DOI: 10.1091/mbc.e18-10-0678
  • 査読あり
• [雑誌論文] 繊毛内タンパク質輸送装置の構築様式と機能 (2018)
  • 著者名/発表者名: 加藤 洋平
  • 雑誌名: 生化学 巻: 90 号: 6 ページ: 766-780
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2018.900766
  • NAID: 40021783088
  • ISSN: 0037-1017
  • 年月日: 2018-12-25
• [雑誌論文] C11ORF74 interacts with the IFT-A complex and participates in ciliary BBSome localization (2018)
  • 著者名/発表者名: Takahara Mariko、Kunii Masataka、Nakamura Kentaro、Harada Akihiro、Hirano Tomoaki、Katoh Yohei、Nakayama Kazuhisa
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: 165 号: 3 ページ: 257-267
  • DOI: 10.1093/jb/mvy100
  • NAID: 40021845872
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Interaction of heterotrimeric kinesin-II with IFT-B?connecting tetramer is crucial for ciliogenesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Funabashi Teruki、Katoh Yohei、Okazaki Misato、Sugawa Maho、Nakayama Kazuhisa
  • 雑誌名: The Journal of Cell Biology 巻: 217 号: 8 ページ: 2867-2876
  • DOI: 10.1083/jcb.201801039
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interaction of WDR60 intermediate chain with TCTEX1D2 light chain of the dynein-2 complex is crucial for ciliary protein trafficking (2018)
  • 著者名/発表者名: Hamada Yuki、Tsurumi Yuta、Nozaki Shohei、Katoh Yohei、Nakayama Kazuhisa
  • 雑誌名: Molecular Biology of the Cell 巻: 29 号: 13 ページ: 1628-1639
  • DOI: 10.1091/mbc.e18-03-0173
  • 査読あり
• [雑誌論文] Robust interaction of IFT70 with IFT52?IFT88 in the IFT-B complex is required for ciliogenesis (2018)
  • 著者名/発表者名: Takei Ryota、Katoh Yohei、Nakayama Kazuhisa
  • 雑誌名: Biology Open 巻: 7
  • DOI: 10.1242/bio.033241
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 繊毛内タンパク質輸送複合体IFT-Bの変異に起因する繊毛病バルデー・ビードル症候群（BBS）発症の分子基盤 (2021)
  • 著者名/発表者名: 周 壮, 加藤洋平, 中山和久
  • 学会等名: 日本薬学会第141年会
• [学会発表] 繊毛先端に局在するMAPK様キナーゼICK/CILK1の繊毛内輸送機構と機能 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中村健太郎, 野口達郎, 加藤洋平, 中山和久
  • 学会等名: 第70回日本薬学会関西支部大会
• [学会発表] 繊毛内タンパク質輸送複合体のサブユニットIFT144の変異に伴う繊毛病の分子基盤 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石田大和, 古林拓也, 加藤洋平, 中山和久
  • 学会等名: 第19回次世代を担う若手ファーマ・バイオフォーラム2020
• [学会発表] INPP5Eの繊毛膜への局在メカニズムの解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 邱瀚田, 野崎梢平, 藤澤さやか, 加藤洋平, 中山和久
  • 学会等名: 第72回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] 繊毛膜タンパク質に対する拡散障壁を構成するB9ドメインタンパク質複合体の役割 (2020)
  • 著者名/発表者名: 加藤洋平, 岡崎美聖, 千葉秀平, 中山和久
  • 学会等名: 第72回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] IFT-A複合体サブユニットIFT144の変異に起因する繊毛病の分子基盤 (2020)
  • 著者名/発表者名: 石田大和, 古林拓也, 平野友章, 加藤洋平, 中山和久
  • 学会等名: 第72回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] 繊毛内輸送におけるIFT-A複合体とIFT-B複合体の相互作用の役割の解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 古林拓也, 平野友章, 加藤洋平, 中山和久
  • 学会等名: 第72回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] Molecular basis for protein trafficking within cilia and ciliopathies revealed by the visible immunoprecipitation (VIP) assay and CRISPR/Cas9 system (2019)
  • 著者名/発表者名: Nakayama, K. & Katoh, Y.
  • 学会等名: 2019 Annual Meeting of the German Pharmaceutical Society
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] IFT-A－IFT-B interaction is required for ciliary retrograde trafficking and ciliary GPCR import (2019)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y., Kobayashi, T., Hirano, T. & Nakayama, K.
  • 学会等名: FASEB Science Research Conference, The Biology of Cilia and Flagella
  • 国際学会
• [学会発表] 一次繊毛トランジション・ゾーンを構成するB9ドメインタンパク質複合体の役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 岡崎美聖，加藤洋平，中山和久
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
• [学会発表] 繊毛関連キナーゼCCRKの繊毛形成および繊毛機能の制御における役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 野口達郎，中村健太郎，加藤洋平，中山和久
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
• [学会発表] 繊毛関連MAPK様キナーゼICKの繊毛内輸送機構とその役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中村健太郎，加藤洋平，中山和久
  • 学会等名: 第18回次世代を担う若手ファーマ・バイオフォーラム2019
• [学会発表] ホスホイノシチド5-ホスファターゼINPP5Eの繊毛膜局在機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤澤さやか，野崎梢平，邱 瀚田，加藤洋平，中山和久
  • 学会等名: 第18回次世代を担う若手ファーマ・バイオフォーラム2019
• [学会発表] IFT-A複合体とIFT-B複合体の相互作用による繊毛内逆行輸送とGPCRの繊毛内移行の調節 (2019)
  • 著者名/発表者名: 古林拓也，平野友章，加藤洋平，中山和久
  • 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会
• [学会発表] 繊毛関連キナーICKの繊毛内輸送機構とその機能の解明 (2019)
  • 著者名/発表者名: 中村健太郎，加藤洋平，中山和久
  • 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会
• [学会発表] ダイニン2 複合体中間鎖WDR34の繊毛内逆行輸送における役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鶴見侑大，加藤洋平，濱田勇輝，中山和久
  • 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会
• [学会発表] 膨張顕微鏡法（Expansion microscopy）を用いた一次繊毛の超解像観察 (2019)
  • 著者名/発表者名: 加藤洋平，千葉秀平，中山和久
  • 学会等名: 第66回日本生化学会近畿支部例会
• [学会発表] 繊毛内タンパク質輸送機構と繊毛病の分子基盤の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 加藤 洋平
  • 学会等名: 第92回日本薬理学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 観るだけでわかるタンパク質間相互作用解析法（VIPアッセイ）とゲノム編集を活用した繊毛内タンパク質輸送メカニズムの解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 加藤 洋平
  • 学会等名: 日本農芸化学会 中部支部 第184回例会
  • 招待講演
• [学会発表] BBSomeとIFT-B複合体の相互作用に依存する繊毛局在型GPCRの排出 (2018)
  • 著者名/発表者名: 野崎 梢平, 加藤 洋平, 中山 和久
  • 学会等名: 第91回日本生化学会大会
• [学会発表] 一次繊毛のトランジションゾーンを形成する膜タンパク質群の相互作用と機能の解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 梁 魯曉雪, 加藤 洋平, 中山 和久
  • 学会等名: 第91回日本生化学会大会
• [学会発表] ヘテロ三量体キネシン2とIFT複合体の相互作用様式の解明と繊毛形成における役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 船橋 輝記, 加藤 洋平, 岡崎 美聖, 須川 真帆, 中山 和久
  • 学会等名: 第91回日本生化学会大会
• [学会発表] ダイニン２複合体中間鎖WDR34と軽鎖の相互作用の繊毛内逆行輸送における役割 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鶴見 侑大, 濱田 勇輝, 加藤 洋平, 中山 和久
  • 学会等名: 第91回日本生化学会大会
• [学会発表] 繊毛Transition Zone構成タンパク質MKS1の機能の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 岡崎美聖、加藤洋平、中山和久
  • 学会等名: 第17回 次世代を担う若手ファーマ・バイオフォーラム2018
• [学会発表] ダイニン２複合体中間鎖WDR34と軽鎖の相互作用は繊毛内輸送に必須 (2018)
  • 著者名/発表者名: 鶴見侑大、濵田勇輝、加藤洋平、中山和久
  • 学会等名: 第17回 次世代を担う若手ファーマ・バイオフォーラム2018
• [学会発表] Super-resolution imaging of primary cilia by expansion microscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Katoh, Y., Chiba, S. & Nakayama, K
  • 学会等名: 第70回日本細胞生物学会・第51回日本発生生物学会合同大会
• [学会発表] Trafficking of ciliary GPCRs mediated by the BBSome depends on its interaction with the IFT-B complex (2018)
  • 著者名/発表者名: Nozaki, S., Katoh, Y. & Nakayama, K
  • 学会等名: 第70回日本細胞生物学会・第51回日本発生生物学会合同大会
• [学会発表] Interaction of WDR60 intermediate chain with TCTEX1D2 light chain of the dynein-2 complex is crucial for ciliary protein trafficking (2018)
  • 著者名/発表者名: Hamada, Y., Tsurumi, Y., Katoh, Y. & Nakayama, K
  • 学会等名: 第70回日本細胞生物学会・第51回日本発生生物学会合同大会
• [備考] 京都大学薬学研究科生体情報制御学分野
  • URL: http://www.pharm.kyoto-u.ac.jp/physchem/
• [備考] リサーチマップ
  • URL: https://researchmap.jp/ykatoh/