輸送基質による酵母アミノ酸輸送体の動的構造変化と自己分解シグナルの伝達

• 研究課題/領域番号: 18K05397
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分38020:応用微生物学関連
• 研究機関: 青山学院大学
• 研究代表者: 阿部 文快 青山学院大学, 理工学部, 教授 (30360746)
• 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: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円); 2020年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 2019年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2018年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: 酵母アミノ酸輸送体 / 動的構造変化 / 自己分解シグナル / 出芽酵母 / トリプトファン輸送体 / ユビキチン分解 / 基質輸送 / アイソソーム / アミノ酸輸送体 / トリプトファン輸送体Tat2 / Eisosome / ユビキチン依存性分解 / 高圧増殖 / Ehg1/May24 / 栄養源センシング / ユビキチン化

研究成果の概要

微生物にとって飢餓は致命的なストレスだが、栄養過剰もまた寿命短縮などの害をもたらす。出芽酵母の2つのトリプトファン輸送体のうち、低親和性型Tat1は細胞外トリプトファン濃度に依存せず細胞膜に局在した。一方、高親和性型Tat2は低濃度トリプトファン条件下では細胞膜に局在するが、高濃度で基質を投与すると速やかに分解された。Tat2の細胞質ドメインにおけるacidic patchの変異D74R体では、分解が著しく抑制された。よって基質輸送に伴う動的構造変化がacidic patchを含む細胞質ドメインを露出させ、ユビキチン化による自己分解を誘発するものと考えられる。

研究成果の学術的意義や社会的意義

トリプトファンの動態は、細胞内NAD+の調節、トリプトフォールやセロトニンなど細胞間伝達物質の合成、ヒトではトリプトファン輸送体MCT10が甲状腺ホルモンの輸送を担うなど、他のアミノ酸にはないユニークさがある。またトリプトファンは希少なアミノ酸であるうえ、ヒトの必須アミノ酸でもある。よって低濃度トリプトファン条件下における取り込みと、それとは逆に基質過剰時の取り込み抑制が特に重要だ。本研究で得られた成果は、酵母のトリプトファン輸送体Tat2が広範な生物種におけるトリプトファン制御のモデルとなることを示すとともに、１タンパク質分子がシグナルの受容と伝達を同時に担うユニークな側面を映し出している。

研究成果

• [雑誌論文] Amino acid homeostatic control by TORC1 in Saccharomyces cerevisiae under high hydrostatic pressure (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Uemura, T. Mochizuki, K. Amemiya, G. Kurosaka, M. Yazawa, K. Nakamoto, Y. Ishikawa, S. Izawa, F. Abe
  • 雑誌名: J. Cell Sci. 巻: 133 号: 17
  • DOI: 10.1242/jcs.245555
  • 査読あり
• [雑誌論文] Draft Genome Sequence of Naganishia liquefaciens Strain N6, Isolated from the Japan Trench (2020)
  • 著者名/発表者名: Han Yong-Woon、Kajitani Rei、Morimoto Hiroya、Palihati Maierdan、Kurokawa Yumiko、Ryusui Rie、Argunhan Bilge、Tsubouchi Hideo、Abe Fumiyoshi、Kajiwara Susumu、Iwasaki Hiroshi、Itoh Takehiko
  • 雑誌名: Microbiology Resource Announcements 巻: 9 号: 47
  • DOI: 10.1128/mra.00827-20
  • NAID: 120007124437
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Over-expression of Caj1, a plasma membrane associated J-domain protein in Saccharomyces cerevisiae stabilizes amino acid permeases. (2020)
  • 著者名/発表者名: Dobriyala, N., Sagarikaa, P., Shrivastavaa, A., Vermaa, A.K., Islama, Z., Guptaa, P. , Mochizuki, T., Abe, F., Sahi, C.
  • 雑誌名: Biochim. Biophys. Acta 巻: 1862 号: 11 ページ: 183435-183435
  • DOI: 10.1016/j.bbamem.2020.183435
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] A novel ER membrane protein Ehg1/May24 plays a critical role in maintaining multiple nutrient permeases in yeast under high-pressure perturbation. (2019)
  • 著者名/発表者名: 1. Kurosaka, G., Uemura, S., Mochizuki, T., Kozaki, Y., Hozumi, A., Suwa, S., Ishii, R., Kato, Y., Imura, S., Ishida, N., Noda, Y., and Abe, F
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 9 号: 1 ページ: 18341-18341
  • DOI: 10.1038/s41598-019-54925-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Hyperactive mutation occurs adjacent to the essential glutamate 286 for transport in the yeast tryptophan permease Tat2 (2019)
  • 著者名/発表者名: Amano Kaori、Ishii Ryoga、Mochizuki Takahiro、Takatsu Shiori、Abe Fumiyoshi
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 509 号: 4 ページ: 1047-1052
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2019.01.038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of a regulatory element for yeast tryptophan permease Tat2 ubiquitination using high hydrostatic pressure. (2019)
  • 著者名/発表者名: Ishii, R. , Aramaki, M., Mochizuki, T., and Abe, F
  • 雑誌名: High Pressure Research 巻: in press
  • 査読あり
• [雑誌論文] Simulated microgravity triggers characteristic morphology and stress response in Saccharomyces cerevisiae (2018)
  • 著者名/発表者名: Nemoto Shota、Ohnuki Shinsuke、Abe Fumiyoshi、Ohya Yoshikazu
  • 雑誌名: Yeast 巻: 36 号: 2 ページ: 85-97
  • DOI: 10.1002/yea.3361
  • 査読あり
• [雑誌論文] The YPR153W gene is essential for the pressure tolerance of tryptophan permease Tat2 in the yeast Saccharomyces cerevisiae (2018)
  • 著者名/発表者名: Kurosaka, G. and Abe, F.
  • 雑誌名: High Pressure Research 巻: 30 ページ: 90-98
  • 査読あり
• [学会発表] 高水圧によるTORC1の活性化と細胞内 アミノ酸ホメオスタシスにおける意義 (2020)
  • 著者名/発表者名: 阿部文快、上村聡志、望月貴博、雨宮賢吾、中本景子、石川優、井沢真吾
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム
• [学会発表] 新規小胞体膜タンパク質Ehg1による酵母栄養源輸送体の制御 (2019)
  • 著者名/発表者名: 加藤祐介、黒坂豪祐、上村聡志、望月貴博、伊村咲希、石田夏穂、石井凌賀、野田陽一、阿部文快
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム
• [学会発表] 出芽酵母の圧力適応に重要なシグナル伝達経路の探索 (2019)
  • 著者名/発表者名: 望月貴博、波多野絵梨、藤山未奈、阿部文快
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム
• [学会発表] 深海好圧性細菌Shewanella violaceaにおけるペプチド輸送体の大腸菌内発現と機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 根來将吾、翠川雄斗、阿部文快
  • 学会等名: 極限環境生物学会
• [学会発表] Functional linkage between poorly characterized genes and nutrient transport in yeast under high pressure (2018)
  • 著者名/発表者名: Goyu Kurosaka, Satoshi Uemura, Takahiro Mochizuki, Yuri Kozaki, Akiko, Hozumi, Sayuri Suwa and Fumiyoshi Abe
  • 学会等名: 10th International Conference on High Pressure Bioscience and Biotechnology (HPBB2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Exploration of high-pressure sensor proteins in the yeast Saccharomyces cerevisiae (2018)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Mochizuki and Fumiyoshi Abe
  • 学会等名: 10th International Conference on High Pressure Bioscience and Biotechnology (HPBB2018)
  • 国際学会
• [学会発表] A novel membrane protein Ehg1 physically interacts with nutrient permeases in the ER allowing yeast cells to grow under high pressure. (2018)
  • 著者名/発表者名: Yusuke Kato, Saki Imura, Natsuho Ishida, Ryoga Ishi, Goyu Kurosaka, Takahiro Mochizuki, Satoshi Uemura and Fumiyoshi Abe
  • 学会等名: 10th International Conference on High Pressure Bioscience and Biotechnology (HPBB2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Activation of the EGO complex-TORC1 signaling pathway enables the yeast Saccharomyces cerevisiae cells to grow under high pressure (2018)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Uemura, Kengo Amemiya, Takahiro Mochizuki, Goyu Kurosaka, Miho Yazawa, and Fumiyoshi Abe
  • 学会等名: 10th International Conference on High Pressure Bioscience and Biotechnology (HPBB2018)
  • 国際学会
• [学会発表] Heterologous expression and characterization of a peptide transporter from deep-sea piezophile Shewanella violacea in Escherichia coli (2018)
  • 著者名/発表者名: Shogo Negoro, Yuto Midorikawa, Chiaki Kato and Fumiyoshi Abe
  • 学会等名: 10th International Conference on High Pressure Bioscience and Biotechnology (HPBB2018)
  • 国際学会