プロトンポンプが関与するオルガネラ輸送の原理の解明

• 研究課題/領域番号: 18K06661
• 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47030:薬系衛生および生物化学関連
• 研究機関: 岩手医科大学
• 研究代表者: 中西 真弓 岩手医科大学, 薬学部, 教授 (20270506)
• 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: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2018年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 液胞型ATPase / V-ATPase / 分泌リソソーム / オルガネラ輸送 / Rab7 / 破骨細胞 / 骨吸収 / 酸性環境 / 液胞型プロトンポンプ / 酸性化 / プロトンポンプ / 大理石病 / Rab27

研究成果の概要

本研究は、オルガネラ輸送におけるV-ATPaseのaイソフォームの機能の解明を目指した。破骨細胞は骨吸収するためにリソソーム酵素を分泌する。分泌リソソームの細胞内輸送に際して、a3イソフォームがリソソーム輸送因子であるRab7とその活性化因子をリソソームへリクルートすること、リクルートにはV-ATPaseが形成する酸性環境が重要であることを示した。このa3の機能は、強制発現したa1及びa2により部分的に相補された。また、大理石病患者由来の変異a3の機能を解析した。さらに、a2がインスリン顆粒の輸送因子であるRab27と結合することを見出し、a2がインスリン顆粒の輸送に関与することを示唆した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

オルガネラ輸送因子をリクルートする機構には不明な点が多い。我々は、V-ATPaseのa3イソフォームが、破骨細胞の分泌リソソームにおいてRab7のリクルーターとなり輸送を開始する機構を解明した。これは、プロトンポンプがリクルーターとしても機能するという発見であり、オルガネラ輸送の研究に対して新たな切り口を与えた。さらに、a2がRab27と結合してインスリン顆粒の輸送に関与することを示唆する結果も得ており、V-ATPaseの構造的多様性がオルガネラ輸送を制御するという原理の提唱に至った。この成果は、骨代謝異常症やインスリン分泌不全の治療法開発につながる基礎的知識基盤となるため社会的意義も大きい。

研究成果

• [雑誌論文] Functional complementation of V-ATPase a subunit isoforms in osteoclasts (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto Naomi、Sekiya Mizuki、Fujimoto Yasuyuki、Haga Satoshi、Sun-Wada Ge-Hong、Wada Yoh、Nakanishi-Matsui Mayumi
  • 雑誌名: The Journal of Biochemistry 巻: - 号: 4 ページ: 459-466
  • DOI: 10.1093/jb/mvaa118
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] V-ATPase a3 isoform mutations identified in osteopetrosis patients abolish its expression and disrupt osteoclast function. (2020)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto N, Matsukawa R, Takahashi S, Kudo K, Sun-Wada GH, Wada Y, Nakanishi-Matsui M.
  • 雑誌名: Exp Cell Res. 巻: 389 号: 2 ページ: 111901-111901
  • DOI: 10.1016/j.yexcr.2020.111901
  • 査読あり
• [雑誌論文] 分泌リソソームの細胞内輸送における液胞型ATPaseの役割 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松元奈緒美、中西真弓
  • 雑誌名: 生化学 巻: 92 ページ: 226-230
  • NAID: 40022245248
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synthesis and Biological Evaluation of New Curcumin Analogs Inhibiting Osteoclastogenesis (2020)
  • 著者名/発表者名: Kawano Tomikazu、Sugawara Aoi、Ohashi Toshika、Ogawa Satoshi、Matsumoto Naomi、Nakanishi-Matsui Mayumi、Tamura Satoru
  • 雑誌名: HETEROCYCLES 巻: 100 号: 8 ページ: 1233-1233
  • DOI: 10.3987/com-20-14282
  • NAID: 40022339590
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fragment-based discovery of the first nonpeptidyl inhibitor of an S46 family peptidase (2019)
  • 著者名/発表者名: YasumitsuSakamoto,YoshiyukiSuzuki,AkihiroNakamura,YurieWatanabe,MizukiSekiya,SaoriRoppongi,ChisatoKushibiki,IppeiIizuka,OsamuTani,HitoshiSakashita,KojiInaka,HiroakiTanaka,MitsuguYamada,KazunoriOhta,NobuyukiHonma,YosukeShida,WataruOgasawara,MayumiNakanishi-Matsui,TakamasaNonaka,HiroakiGouda & NobutadaTanaka
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 9 号: 1 ページ: 13587-13587
  • DOI: 10.1038/s41598-019-49984-3
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Proton pumping V-ATPase inhibitor bafiromycin A1 affects Rab7 lysosomal localization and abolishes anterograde trafficking of osteoclast secretpry lysosomes. (2019)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto, N., Nakanishi-Matsui, M.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res Commun. 巻: 510 ページ: 421-426
  • 査読あり
• [雑誌論文] Proton-pumping F-ATPase plays an important role in Streptococcus mutans under acidic conditions (2019)
  • 著者名/発表者名: Sekiya Mizuki、Izumisawa Shintaro、Iwamoto-Kihara Atsuko、Fan Yang、Shimoyama Yu、Sasaki Minoru、Nakanishi-Matsui Mayumi
  • 雑誌名: Archives of Biochemistry and Biophysics 巻: 666 ページ: 46-51
  • DOI: 10.1016/j.abb.2019.03.014
  • 査読あり
• [雑誌論文] Vacuolar-type ATPase: A Proton Pump to Lysosomal Trafficking. (2019)
  • 著者名/発表者名: Futai, M., Sun-Wada, G.H., Wada, Y., Matsumoto, N., Nakanishi-Matsui, M.
  • 雑誌名: Proc. Jpn. Acad., Ser. B 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Essential Role of the a3 Isoform of V-ATPase in Secretory Lysosome Trafficking via Rab7 Recruitment (2018)
  • 著者名/発表者名: Matsumoto N, Sekiya M, Tohyama K, Ishiyama-Matsuura E, Sun-Wada GH, Wada Y, Futai M, Nakanishi-Matsui M.
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 6701-6701
  • DOI: 10.1038/s41598-018-24918-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 大理石病患者由来V-ATPase a3アイソフォーム変異が破骨細胞の機能に与える影響 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松元奈緒美、松川令奈、髙橋翔平、工藤昂士、和田（孫）戈虹、和田洋、中西（松井）真弓
  • 学会等名: 日本生化学会東北支部第86例会
• [学会発表] 成熟期エナメル芽細胞におけるプロトンポンプの新規機能 (2020)
  • 著者名/発表者名: 大津圭史、池崎晶二郎、後藤（松元）奈緒美，中西(松井)真弓，和田洋、孫-和田戈虹,原田英光
  • 学会等名: 第62回歯科基礎医学会
• [学会発表] エナメル芽細胞におけるプロトンポンプはナノエンジンとして分泌小胞の輸送を担っているか？ (2020)
  • 著者名/発表者名: 原田英光、池崎晶二郎、後藤（松元）奈緒美，中西(松井)真弓，和田洋、孫-和田戈虹、大津圭史
  • 学会等名: 第15回ナノ・バイオメディカル学会
• [学会発表] インスリン分泌小胞の輸送における V-ATPase a2 イソフォームの機能 (2020)
  • 著者名/発表者名: 關谷瑞樹、松元奈緒美、矢野志緒、河野喜久子、中西（松井）真弓
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
• [学会発表] アンギノーサスレンサ球菌の酸性環境におけるプロトン輸送ATPaseの役割 (2020)
  • 著者名/発表者名: 関谷瑞樹、村上幸汰、高坂未星、松元奈緒美、下山佑、石河太知、河野喜久子、矢野志緒、佐々木実、中西（松井）真弓
  • 学会等名: 日本薬学会第140年会
• [学会発表] フェノール部位を持つクルクミン類縁体の合成、活性評価および構造活性相関 (2020)
  • 著者名/発表者名: 菅原葵、大橋暁香、小川智、後藤奈緒美、中西（松井）真弓、田村理、河野富一
  • 学会等名: 日本薬学会第140年会
• [学会発表] V-ATPase a3 isiform is involved in trafficking of osteoclast secretory lysosomes (2019)
  • 著者名/発表者名: Mayumi Nakanishi-Matsui, Naomi Matsumoto, Mizuki Sekiya, Ge-Hong Sun-Wada, Yoh Wada, Koujiro Tohyama, Eri Ishiyama-Matsuura, Masamitsu Futai
  • 学会等名: 27th FAOBMB Conference in Kuala Lumpur
  • 国際学会
• [学会発表] Streptococcus anginosus の酸性環境におけるプロトン輸送ATPaseの役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 關谷瑞樹、高坂未星、矢野志緒、河野喜久子、佐々木実、中西（松井）真弓
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
• [学会発表] V-ATPase a3 アイソフォームが関与する分泌リソソームの細胞内輸送機構 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松元奈緒美、關谷瑞樹、遠山稿二郎、石山（松浦）絵里、和田（孫）戈虹、和田洋、二井將光、中西（松井）真弓
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
• [学会発表] 破骨細胞への分化抑制作用を持つクルクミン類縁体の合成と活性評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 菅原葵、大橋暁香、小川智、後藤奈緒美、中西（松井）真弓、田村理、河野富一
  • 学会等名: 第58回日本薬学会東北支部大会
• [学会発表] Design and Synthesis of Curcumin Analogues that Inhibit Osteoclastogenesis (2019)
  • 著者名/発表者名: 菅原葵、大橋暁香、、小川智、後藤奈緒美、中西（松井）真弓、河野富一
  • 学会等名: 日本化学会第99春季年会2019
• [学会発表] 口腔レンサ球菌の酸性環境におけるプロトン輸送 ATPase の役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 関谷瑞樹、高坂未星、伊藤槻、櫻直也、 泉澤信太郎、楊帆、岩本(木原)昌子、石河太知、下山佑、 佐々木実、中西(松井)真弓
  • 学会等名: 日本薬学会第139年会
• [学会発表] 新規なクルクミン類縁体の合成と破骨細胞への分化抑制 (2019)
  • 著者名/発表者名: 菅原葵、大橋暁香、小川智、後藤奈緒美、中西（松井）真弓、河野富一
  • 学会等名: 日本薬学会第139年会
• [学会発表] プロトン輸送 ATPase 阻害剤は歯周病菌 P. gingivalis の増殖を阻害する (2018)
  • 著者名/発表者名: 關谷瑞樹、下山佑、石河太知、高橋歩実、小田原大樹、佐々木実、二井將光、中西(松井)真弓
  • 学会等名: 第84回日本生化学会東北支部例会・シンポジウム
• [学会発表] V-ATPase a3アイソフォームのリソソーム輸送における機能 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松元奈緒美、關谷瑞樹、遠山稿二郎、石山（松浦）絵里、和田（孫）戈虹、和田洋、二井將光、中西（松井）真弓
  • 学会等名: 第84回日本生化学会東北支部例会・シンポジウム
• [学会発表] Essential role of proton pumping F-ATPase in acid tolerance of Streptococcus mutans (2018)
  • 著者名/発表者名: Mizuki Sekiya, Shintaro Izumisawa, Aki Kushigeta, Masato Haga, Yu Shimoyama, Minoru Sasaki, Shigenobu Kimura, Yuka Sasaki, Atsuko Iwamoto-Kihara, Mayumi Nakanishi-Matsui
  • 学会等名: IUBMB SEOUL
  • 国際学会
• [学会発表] プロトン輸送 F-ATPase 阻害剤によるStreptococcus mutans の耐酸性の低下 (2018)
  • 著者名/発表者名: 關谷瑞樹、泉澤信太郎、櫛桁安生、芳賀雅人、下山佑、石河太知、佐々木実、佐々木由香、岩本(木原)昌子、中西(松井)真弓
  • 学会等名: 第91回日本生化学会大会
• [学会発表] V-ATPase a3アイソフォームは破骨細胞の分泌リソソームの細胞内輸送に必須である (2018)
  • 著者名/発表者名: 松元奈緒美、関谷瑞樹、遠山稿二郎、石山（松浦）絵里、和田（孫）戈虹、和田洋、二井將光、中西（松井）真弓
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [備考] 岩手医科大学薬学部機能生化学分野
  • URL: https://www.imu-pharm.jp/division/biochemistry/
• [備考] 岩手医科大学薬学部 研究成果・実績 機能生化学分野
  • URL: https://www.imu-pharm.jp/category/cs05/?post_type=result#actop