細胞内局在変化を起こすアイソフォームの網羅的探索と機能解析

• 研究課題/領域番号: 18K11543
• 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62010:生命、健康および医療情報学関連
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 今井 賢一郎 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 生命工学領域, 主任研究員 (80442573)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 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: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2018年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
• キーワード: アイソフォーム / 細胞内局在 / ターゲッティングシグナル予測 / 多機能性 / 選択的スプライシング / 選択的翻訳開始点 / 細胞内局在部位変化 / 多機能性タンパク質 / 細胞内局在変化 / 局在化シグナル

研究成果の概要

本研究では、ミトコンドリアターゲティングシグナル（MTS）と小胞体シグナルペプチド（SP）の欠失/獲得予測を用い、ヒトのアイソフォームに対し、アイソフォームレベルで細胞内局在部位が変化する遺伝子の網羅的探索を行った。その結果、MTSを持つと予測される遺伝子のうち、約60%が、SPを持つ遺伝子の約30%が、アイソフォームレベルで局在変化を起こす可能性のあることが分かった。さらに、MTSを持つ遺伝子に注目し、MTSの欠失/獲得より局在変化を起こすアイソフォーム候補に対し、構造・機能解析、組織レベルの発現量解析を行い、局在変化と共に新たな機能調節を行うアイソフォーム候補群を見出した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

遺伝子の重要な機能調節として、選択的スプライシングや選択的翻訳開始点によりN末端のターゲッティングシグナルの欠損/獲得による細胞内局在の変化とそれに伴う機能調節があるが、いったいどれほどの遺伝子が、どのような条件によって、このような細胞機能の調節を行うかは未だよくわかっていない。これに対し、本研究では、MTSの欠失/獲得よりアイソフォームレベルで局在変化を起こし、新たな機能調節を行う遺伝子候補を見出すことができた。今後、実験的検証を進めていくが、本研究で得られた成果は、アイソフォームレベルでの局在変化による機能調節機序の解明への重要なリソースとなると考えられる。

研究成果

• [雑誌論文] Role of the TOM complex in Protein Import into Mitochondria: Structural Views (2022)
  • 著者名/発表者名: Araiso Y, Imai K, Endo T
  • 雑誌名: Annu Rev Biochem 巻: 印刷中
  • 査読あり
• [雑誌論文] Unfolding is the driving force for mitochondrial import and degradation of the Parkinson's disease-related protein DJ-1 (2021)
  • 著者名/発表者名: Queliconi BB, Kojima W, Kimura M, Imai K, Udagawa C, Motono C, Hirokawa T, Tashiro S, Caaveiro JMM, Tsumoto K, Yamano K, Tanaka K, Matsuda N
  • 雑誌名: J Cell Sci 巻: 134 号: 22 ページ: 1-1
  • DOI: 10.1242/jcs.258653
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Distinct mutations in importin-β family nucleocytoplasmic transport receptors transportin-SR and importin-13 affect specific cargo binding (2021)
  • 著者名/発表者名: Kimura M, Imai K, Morinaka Y, Hosono-Sakuma Y, Horton P, Imamoto N
  • 雑誌名: Sci Rep. 巻: 11 号: 1 ページ: 15649-15649
  • DOI: 10.1038/s41598-021-94948-1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Structural snapshot of the mitochondrial protein import gate (2021)
  • 著者名/発表者名: Araiso Y, Imai K, Endo T
  • 雑誌名: FEBS J 巻: - 号: 18 ページ: 1-11
  • DOI: 10.1111/febs.15661
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mammalian BCAS3 and C16orf70 associate with the phagophore assembly site in response to selective and non-selective autophagy (2021)
  • 著者名/発表者名: Kojima W, Yamano K, Kosako H, Imai K, Kikuchi R, Tanaka K, Matsuda N
  • 雑誌名: Autophagy 巻: - 号: 8 ページ: 1-26
  • DOI: 10.1080/15548627.2021.1874133
  • NAID: 120007174412
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Mitochondrial sorting and assembly machinery operates by β-barrel switching (2021)
  • 著者名/発表者名: Takeda H, Tsutsumi A, Nishizawa T, Lindau C, Busto JV, Wenz LS, Ellenrieder L, Imai K, Straub SP, Mossmann W, Qiu J, Yamamori Y, Tomii K, Suzuki J, Murata T, Ogasawara S, Nureki O, Becker T, Pfanner N, Wiedemann N, Kikkawa M, Endo T.
  • 雑誌名: Nature 巻: 590(7844) 号: 7844 ページ: 163-169
  • DOI: 10.1038/s41586-020-03113-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Subcellular Localization of Proteins From Their Amino Acid Sequences (2020)
  • 著者名/発表者名: Imai K, Nakai K
  • 雑誌名: Front Genet. 巻: 11 ページ: 607812-607812
  • DOI: 10.3389/fgene.2020.607812
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Structure of mitochondrial import gate reveals distinct preprotein paths. (2019)
  • 著者名/発表者名: Araiso, Y., Tsutsumi, A., Qui, J., Imai, K., Shiota, T., Song, J., Lindau, C., Wenz, LS., Sakaue,H., Yunoki, K., Kawano, S., Suzuki, J., Wichnewski, M., Schutze, C., Ariyama, H., Ando, T., Becker, T., Lithgow, T., Weidemann, N., Pfanner, N., Kikkawa, M., Endo, T.
  • 雑誌名: Nature 巻: 575 号: 7782 ページ: 395-401
  • DOI: 10.1038/s41586-019-1680-7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] An Entamoeba-Specific Mitosomal Membrane Protein with Potential Association to the Golgi Apparatus. (2019)
  • 著者名/発表者名: Santos, H.J., Hanadate, Y., Imai, K., Nozak, T.
  • 雑誌名: Genes 巻: 10 号: 5 ページ: 367-367
  • DOI: 10.3390/genes10050367
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Novel lineage-specific transmembrane β-barrel proteins in the endoplasmic reticulum of Entamoeba histolytica (2019)
  • 著者名/発表者名: Santos HJ, Imai K, Makiuchi T, Tomii K, Horton P, Nozawa A, Okada K, Tozawa Y, Nozaki T
  • 雑誌名: FEBS J 巻: 印刷中 号: 17 ページ: 3416-3432
  • DOI: 10.1111/febs.14870
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] In silico search for genes having differentially localized protein isoforms via alternative splicing and alternative translation initiation (2020)
  • 著者名/発表者名: Imai K, Yamada D.K
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会
• [学会発表] In silico search for mitochondrial proteins with differentially localized isoforms via alternative splicing and alternative translation initiation (2019)
  • 著者名/発表者名: Imai, K., Fukasawa, Y., Yamada K.D
  • 学会等名: the 16th ASMRM and 19th J-mit
  • 国際学会
• [学会発表] ミトコンドリアタンパク質輸送機構の多様な進化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 深沢 嘉紀、小田俊之、富井健太郎、今井賢一郎
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [図書] Encyclopedia of Bioinformatics and Computational Biology (Chapter: Prediction of Protein Localization) (2019)
  • 著者名/発表者名: Imai K and Nakai K
  • 総ページ数: 3284
  • 出版者: Elsevier Ltd
  • ISBN: 9780128114322