ゴルジ体における可溶性分泌蛋白質の新規選別機構の解明

• 研究課題/領域番号: 19H03220
• 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44010:細胞生物学関連
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 福田 光則 東北大学, 生命科学研究科, 教授 (50311361)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2021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); 2021年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円); 2020年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円); 2019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: 低分子量Gタンパク質Rab / 分泌経路 / 上皮細胞 / Rab panel / スクリーニング / ノックアウト細胞 / 可溶性蛋白質 / 膜輸送 / 低分子量G蛋白質Rab / 膜蛋白質 / 可溶性タンパク質

研究開始時の研究の概要

分泌経路とは、小胞体で合成された可溶性分子や膜蛋白質をゴルジ体経由で細胞膜へと輸送する経路である。ゴルジ体から積み荷を含む小胞が出芽する際には、可溶性分子と膜蛋白質が同じ輸送小胞に選別されると考えられているが、両者が本当に同一であるかは、実験的には証明されていない。本研究では、Rab-KO細胞を用いて、ゴルジ体における可溶性分子と膜蛋白質の選別・輸送に関する新たなモデルを確立することを目指す。

研究成果の概要

小胞体で合成された可溶性の分泌蛋白質や膜蛋白質は、輸送小胞に積み込まれ、ゴルジ体経由で細胞膜へと輸送される。小胞体から積み荷を含む小胞が出芽する際には、可溶性蛋白質と膜蛋白質は同じ輸送小胞に選別されており、ゴルジ体からの出芽の際にも同様な仕組みが用いられると広く考えられている。しかし、ゴルジ体から出芽する可溶性蛋白質と膜蛋白質の小胞が本当に同一であるかは明らかではなく、それらの選別・輸送の仕組みについては不明な点が多かった。本研究では、Rab6やその結合分子が可溶性蛋白質の分泌に重要な役割を果たすことを明らかにし、ゴルジ体における可溶性蛋白質の選別・輸送機構の一端を解明することに成功した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究成果により、可溶性蛋白質と膜蛋白質は必ずしも同じ輸送小胞に選別されるのではなく、少なくともRab6非存在下では、両者が異なる小胞に選別されている可能性が極めて高いことが明らかになった。今後、Rab6に依存しない膜蛋白質の輸送の詳細な仕組みが明らかになれば、教科書の記載変更にもつながるものと期待される。
また、我々の体を構成する細胞は、コラーゲンなど生理学的に重要な様々な可溶性蛋白質を細胞外へと放出している。本研究により明らかになったRab6とその結合分子を介する分泌の詳細な分子基盤が明らかになれば、将来的には、薬剤スクリーニング等による人為的な分泌制御にも発展する可能性を秘めている。

研究成果

• [国際共同研究] Tel Aviv University(イスラエル)
• [国際共同研究] Yale University(米国)
• [国際共同研究] University of Lausanne(スイス)
• [国際共同研究] University of California(米国)
• [国際共同研究] University of Cambridge(英国)
• [国際共同研究] Tehran University of Medical Sciences(イラン)
• [国際共同研究] Universidad de Chile(チリ)
• [国際共同研究] Universidad Nacional de Cordoba(アルゼンチン)
• [国際共同研究] Augusta University(米国)
• [国際共同研究] INRS(カナダ)
• [国際共同研究] CNPEM(ブラジル)
• [雑誌論文] RBD11, a bioengineered Rab11-binding module for visualizing and analyzing endogenous Rab11 (2021)
  • 著者名/発表者名: Osaki Futaba、Matsui Takahide、Hiragi Shu、Homma Yuta、Fukuda Mitsunori
  • 雑誌名: Journal of Cell Science 巻: - 号: 7
  • DOI: 10.1242/jcs.257311
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Knockout analysis of Rab6 effector proteins revealed the role of VPS52 in the secretory pathway (2021)
  • 著者名/発表者名: Homma Yuta、Fukuda Mitsunori
  • 雑誌名: Biochemical and Biophysical Research Communications 巻: 561 ページ: 151-157
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2021.05.009
  • 査読あり
• [雑誌論文] Biochemical and structural insights into Rab12 interactions with RILP and its family members (2021)
  • 著者名/発表者名: Omar Jana、Rosenbaum Efrat、Efergan Adi、Sneineh Bayan Abu、Yeheskel Adva、Maruta Yuto、Fukuda Mitsunori、Sagi-Eisenberg Ronit
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 号: 1 ページ: 10317-10317
  • DOI: 10.1038/s41598-021-89394-y
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Rab34 GTPase mediates ciliary membrane formation in the intracellular ciliogenesis pathway (2021)
  • 著者名/発表者名: Ganga Anil Kumar、Kennedy Margaret C.、Oguchi Mai E.、Gray Shawn、Oliver Kendall E.、Knight Tracy A.、De La Cruz Enrique M.、Homma Yuta、Fukuda Mitsunori、Breslow David K.
  • 雑誌名: Current Biology 巻: 31 号: 13 ページ: 2895-2905
  • DOI: 10.1016/j.cub.2021.04.075
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] The endocytic pathway taken by cationic substances requires Rab14 but not Rab5 and Rab7 (2021)
  • 著者名/発表者名: Trofimenko Evgeniya、Homma Yuta、Fukuda Mitsunori、Widmann Christian
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 37 号: 5 ページ: 109945-109945
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109945
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Establishment and analysis of conditional Rab1- and Rab5-knockout cells using the auxin-inducible degron system (2021)
  • 著者名/発表者名: Hatoyama Yuki、Homma Yuta、Hiragi Shu、Fukuda Mitsunori
  • 雑誌名: Journal of Cell Science 巻: 134 号: 24
  • DOI: 10.1242/jcs.259184
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] 多様な細胞外小胞の形成機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松井貴英、福田光則
  • 雑誌名: 実験医学増刊号「EVs 細胞外小胞の生物学」 巻: 39 ページ: 17-23
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tuba Activates Cdc42 during Neuronal Polarization Downstream of the Small GTPase Rab8a (2021)
  • 著者名/発表者名: Urrutia Pamela J.、Bodaleo Felipe、Borquez Daniel A.、Homma Yuta、Rozes-Salvador Victoria、Villablanca Cristopher、Conde Cecilia、Fukuda Mitsunori、Gonzalez-Billault Christian
  • 雑誌名: The Journal of Neuroscience 巻: 41 号: 8 ページ: 1636-1649
  • DOI: 10.1523/jneurosci.0633-20.2020
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] ALIX and ceramide differentially control polarized small extracellular vesicle release from epithelial cells (2021)
  • 著者名/発表者名: Matsui Takahide、Osaki Futaba、Hiragi Shu、Sakamaki Yuriko、Fukuda Mitsunori
  • 雑誌名: EMBO reports 巻: e51475 号: 5
  • DOI: 10.15252/embr.202051475
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ノックアウト解析により加速する低分子量Gタンパク質Rabの生理機能の解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 本間 悠太、福田 光則
  • 雑誌名: 生化学 巻: 92 号: 3 ページ: 447-452
  • DOI: 10.14952/SEIKAGAKU.2020.920447
  • NAID: 40022295386
  • ISSN: 0037-1017
  • 年月日: 2020-06-25
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The dynamic structure of Rab35 is stabilized in the presence of GTP under physiological conditions (2020)
  • 著者名/発表者名: Murata Takuya、Unno Yuka、Fukuda Mitsunori、Utsunomiya-Tate Naoko
  • 雑誌名: Biochemistry and Biophysics Reports 巻: 23 ページ: 100776-100776
  • DOI: 10.1016/j.bbrep.2020.100776
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A comprehensive analysis of Rab GTPases reveals a role for Rab34 in serum starvation-induced primary ciliogenesis (2020)
  • 著者名/発表者名: Oguchi Mai E.、Okuyama Koki、Homma Yuta、Fukuda Mitsunori
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 295 号: 36 ページ: 12674-12685
  • DOI: 10.1074/jbc.ra119.012233
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] An autophagy-dependent tubular lysosomal network synchronizes degradative activity required for muscle remodeling (2020)
  • 著者名/発表者名: Murakawa Tadayoshi、Kiger Amy A.、Sakamaki Yuriko、Fukuda Mitsunori、Fujita Naonobu
  • 雑誌名: Journal of Cell Science 巻: 133 号: 21 ページ: 248336-248336
  • DOI: 10.1242/jcs.248336
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Griscelli Syndrome Type 2 Sine Albinism: Unraveling Differential RAB27A Effector Engagement (2020)
  • 著者名/発表者名: Ohishi Yuta、Ammann Sandra、Ziaee Vahid、Strege Katharina、Groβ Miriam、Amos Carla Vazquez、Shahrooei Mohammad、Ashournia Parisa、Razaghian Anahita、Griffiths Gillian M.、Ehl Stephan、Fukuda Mitsunori、Parvaneh Nima
  • 雑誌名: Frontiers in Immunology 巻: 11 ページ: 612977-612977
  • DOI: 10.3389/fimmu.2020.612977
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] A Novel Method for Visualizing Melanosome and Melanin Distribution in Human Skin Tissues (2020)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa-Murakami Chikako、Mizutani Yuki、Ryu Akemi、Naru Eiji、Teramura Takashi、Homma Yuta、Fukuda Mitsunori
  • 雑誌名: International Journal of Molecular Sciences 巻: 21 号: 22 ページ: 8514-8514
  • DOI: 10.3390/ijms21228514
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Recent advances in understanding the molecular basis of melanogenesis in melanocytes (2020)
  • 著者名/発表者名: Ohbayashi Norihiko、Fukuda Mitsunori
  • 雑誌名: F1000Research 巻: 9 ページ: 608-608
  • DOI: 10.12688/f1000research.24625.1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rab family of small GTPases: an updated view on their regulation and functions (2020)
  • 著者名/発表者名: Homma Yuta、Hiragi Shu、Fukuda Mitsunori
  • 雑誌名: The FEBS Journal 巻: 288 号: 1 ページ: 36-55
  • DOI: 10.1111/febs.15453
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Rab GTPases: Key players in melanosome biogenesis, transport, and transfer (2020)
  • 著者名/発表者名: Fukuda Mitsunori
  • 雑誌名: Pigment Cell & Melanoma Research 巻: 34 号: 2 ページ: 222-235
  • DOI: 10.1111/pcmr.12931
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] エクソソームの生合成機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 松井貴英、福田光則
  • 雑誌名: 医学のあゆみ「エクソソームと疾患医学」 巻: 272(4) ページ: 293-298
• [雑誌論文] Unveiling the interaction between the molecular motor Myosin Vc and the small GTPase Rab3A. (2020)
  • 著者名/発表者名: Dolce, L. G., Ohbayashi, N., da Silva, D. F. C., Ferrari, A. J. R., Pirolla, R. A. S., Schwarzer, A. C. de A. P., Zanphorlin, L. M., Cabral, L., Fioramonte, M., Ramos, C. H. I., Gozzo, F. C., Fukuda, M., de Giuseppe P. O. and Murakami, M. T.
  • 雑誌名: J. Proteomics 巻: 212 ページ: 103549-103549
  • DOI: 10.1016/j.jprot.2019.103549
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Rab35-GEFs, DENND1A and folliculin differentially regulate podocalyxin trafficking in two- and three-dimensional epithelial cell cultures. (2020)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita, R., Homma, Y. and Fukuda, M.
  • 雑誌名: J. Biol. Chem. 巻: 295 号: 11 ページ: 3652-3663
  • DOI: 10.1074/jbc.ra119.011646
  • 査読あり
• [雑誌論文] Rab7B/42 Is Functionally Involved in Protein Degradation on Melanosomes in Keratinocytes (2020)
  • 著者名/発表者名: Marubashi, S. and Fukuda, M.
  • 雑誌名: Cell Structure and Function 巻: 45 号: 1 ページ: 45-55
  • DOI: 10.1247/csf.19039
  • NAID: 130007809704
  • ISSN: 0386-7196, 1347-3700
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Comprehensive knockout analysis of the Rab family GTPases in epithelial cells. (2019)
  • 著者名/発表者名: Homma, Y., Kinoshita, R., Kuchitsu, Y., Wawro, P. S., Marubashi, S., Oguchi, M. E., Ishida, M., Fujita, N. and Fukuda, M.
  • 雑誌名: J. Cell Biol. 巻: 218 ページ: 2035-2050
  • 査読あり
• [雑誌論文] Specific TBC domain-containing proteins control the ER-Golgi-plasma membrane trafficking of GPCRs. (2019)
  • 著者名/発表者名: Wei, Z., Zhang, M., Li, C., Huang, W., Fan, Y., Guo, J., Khater, M., Fukuda, M., Dong, Z. Hu, G, and Wu, G.
  • 雑誌名: Cell Rep. 巻: 28 号: 2 ページ: 554-566
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2019.05.033
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] The host cell secretory pathway mediates the export of Leishmania virulence factors out of the parasitophorous vacuole. (2019)
  • 著者名/発表者名: Arango Duque, G., Jardim, A., Gagnon, E., Fukuda, M. and Descoteaux, A.
  • 雑誌名: PLoS Pathog. 巻: 15 号: 7 ページ: 1007982-1007982
  • DOI: 10.1371/journal.ppat.1007982
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [学会発表] エンドソーム成熟における新規Rab5活性制御因子の同定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 平城柊、本間悠太、酒巻有里子、松井貴英、福田光則
  • 学会等名: 日本生化学会東北支部 第87回例会
• [学会発表] メラノソームの細胞内輸送機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 福田光則
  • 学会等名: 第120回日本皮膚科学会総会・教育講演23「色素細胞のバイオロジーupdate」
  • 招待講演
• [学会発表] エンドソーム成熟における新規Rab5活性制御因子・TBC1D18の同定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 平城柊、本間悠太、酒巻有里子、松井貴英、福田光則
  • 学会等名: 第73回日本細胞生物学会大会・ワークショップ「オルガネラ３」
• [学会発表] メラニン蛍光標識マーカーHA-M-INKを用いたヒト皮膚組織内におけるメラニンの観察 (2021)
  • 著者名/発表者名: 橋本理恵、吉川智香子、水谷友紀、笠明美、成英次、寺村崇、本間悠太、福田光則
  • 学会等名: 第30回日本色素細胞学会学術大会シンポジウム #1「メラニン・チロシナーゼ」
  • 招待講演
• [学会発表] B16-F1細胞におけるRab32/38非依存的なメラニン合成酵素の輸送機構の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 西澤絢、丸田優人、本間悠太、福田光則
  • 学会等名: 第30回日本色素細胞学会学術大会
• [学会発表] メラノソームの微小管逆行性輸送を制御する新規因子の同定と機能解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 丸田優人、福田光則
  • 学会等名: 第30回日本色素細胞学会学術大会
• [学会発表] 上皮細胞から分泌される多様なエクソソームの形成機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 松井貴英、大崎双葉、平城柊、酒巻有里子、福田光則
  • 学会等名: 第94回日本生化学会大会
• [学会発表] 新規Rab5不活性化因子・TBC1D18の同定とその機能解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 平城柊、本間悠太、酒巻有里子、松井貴英、福田光則
  • 学会等名: 第94回日本生化学会大会
• [学会発表] 上皮細胞における頂端膜、側底膜エクソソームの形成と放出機構 (2021)
  • 著者名/発表者名: 福田光則
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会シンポジウム「膜のリモデリングと組織化の分子基盤」
  • 招待講演
• [学会発表] 新規Rab活性化因子・Vps9d1の標的Rabの探索とその機能解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中島駿平、松井貴英、福田光則
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 新規Rab5不活性化因子・TBC1D18によるエンドソーム成熟制御機構の解明 (2021)
  • 著者名/発表者名: 平城柊、本間悠太、酒巻有里子、松井貴英、福田光則
  • 学会等名: 第44回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Mechanisms of polarized exosome release from epithelial cells. (2021)
  • 著者名/発表者名: Mitsunori Fukuda
  • 学会等名: The NIPS International Symposium “Frontiers in Epithelial Cell Biology”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Different types of exosomes are secreted from the apical and basolateral membranes of epithelial cells. (2021)
  • 著者名/発表者名: Mitsunori Fukuda
  • 学会等名: Pacifichem 2021 Congress “Extracellular Fine Particle: Chemistry, Biology, and Biomedical Applications”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Role of Rab small GTPases in polarized trafficking in epithelial cells. (2021)
  • 著者名/発表者名: Mitsunori Fukuda
  • 学会等名: Department of Biomedical Sciences (DBS) Seminar, University of Lausanne
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Mon1-Ccz1非依存的な新規エンドソーム成熟機構の発見 (2020)
  • 著者名/発表者名: 平城柊、本間悠太、酒巻有里子、松井貴英、福田光則
  • 学会等名: 日本生化学会東北支部 第86回例会
• [学会発表] 上皮細胞の基底膜形成と極性形成を制御するRabファミリータンパク質の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 本間悠太、木下理子、福田光則
  • 学会等名: 第72回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] ショウジョウバエの筋細胞に見られる管状オートリソソームネットワーク (2020)
  • 著者名/発表者名: 村川直柔、Amy Kiger、酒巻有里子、福田 光則、藤田 尚信
  • 学会等名: 第72回日本細胞生物学会大会
• [学会発表] 上皮細胞におけるALIXとセラミドを介したエクソソームの極性分泌の制御機構 (2020)
  • 著者名/発表者名: 福田光則
  • 学会等名: 第43回日本分子生物学会年会ワークショップ「オルガネラＱＣー細胞小器官の量と質の管理機構」
  • 招待講演
• [学会発表] Identification and characterization of Rab small GTPases that regulate protein degradation on melanosomes in keratinocytes. (2020)
  • 著者名/発表者名: Mitsunori Fukuda
  • 学会等名: The 24th International Pigment Cell Conference, IPCC2020 “Melanosome biogenesis, transport and transfer”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Essential roles of Rab small GTPases in melanosome biogenesis and transport. (2020)
  • 著者名/発表者名: Mitsunori Fukuda
  • 学会等名: The 24th International Pigment Cell Conference, IPCC2020 “Takeuchi Medal Awardee Lecture”
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Rabファミリー遺伝子の網羅的ノックアウト上皮細胞の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 本間悠太、福田光則
  • 学会等名: CREST【細胞外微粒子】2019年度領域会議
• [学会発表] 一次繊毛形成に関与するRabの網羅的スクリーニング (2019)
  • 著者名/発表者名: 奥山幸生、小口舞、本間悠太、福田光則
  • 学会等名: 日本生化学会東北支部 第85回例会
• [学会発表] 一次繊毛形成を制御する低分子量Gタンパク質Rabの網羅的解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 小口舞、奥山幸生、本間悠太、福田光則
  • 学会等名: 第92回日本生化学会大会
• [学会発表] Rab9エフェクター・Rab32/38活性化因子としてのBLOC-3サブユニットHps4の機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 福田光則
  • 学会等名: 第29回日本色素細胞学会学術大会シンポジウム「メラノソーム」
  • 招待講演
• [学会発表] 低分子量G蛋白質Rab～その出会いから網羅解析まで～ (2019)
  • 著者名/発表者名: 福田光則
  • 学会等名: 新学術研究領域「オルガネラゾーン」若手の会・教育講演
  • 招待講演
• [学会発表] 近縁なRabファミリー遺伝子を複数同時にノックアウトした上皮細胞の機能解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 鳩山雄基、本間悠太、福田光則
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Rab11特異的な結合能を持つ新規Rab11トラッパーの開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大崎双葉、松井貴英、平城柊、本間悠太、福田光則
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [学会発表] Comprehensive knockout analysis of the Rab family small GTPases in epithelial cells (2019)
  • 著者名/発表者名: 本間悠太、木下理子、朽津芳彦、Paulina S. Wawro、丸橋総史郎、小口舞、石田森衛、藤田尚信、福田光則
  • 学会等名: 第42回日本分子生物学会年会
• [図書] 最新皮膚エイジングメカニズムと高機能性シワ改善化粧品の開発（正木仁監修）第１６章メラノソームを可視化するM-INK (2020)
  • 著者名/発表者名: 福田光則
  • 出版者: シーエムシー出版
• [備考] 東北大学大学院生命科学研究科膜輸送機構解析分野
  • URL: https://www.lifesci.tohoku.ac.jp/research/teacher/detail.html?id=1724