物理刺激を化学シグナルに変換する酵母TRPY1チャネルの活性制御機構の研究

• 研究課題/領域番号: 19K05823
• 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38030:応用生物化学関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 浜本 晋 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任助教 (10533812)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円); 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: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
• キーワード: イオン輸送 / チャネル / オルガネラ / 出芽酵母 / 液胞 / イオンチャネル / Ca2+ / 浸透圧 / 高浸透圧 / 高浸透圧ストレス応答 / TRPチャネル / 電気生理学

研究開始時の研究の概要

高浸透圧ストレスにさらされた出芽酵母は、液胞膜局在性陽イオンチャネルTRPY1を介して液胞内のCa2+を細胞質に放出してストレスに応答している。しかし、TRPY1チャネルへの高浸透圧ストレスのシグナル伝達機構の詳細は不明である。本研究では、①出芽酵母の巨大化法と細胞内小器官パッチクランプ法を併用して出芽酵母TRPY1の高浸透圧応答機構の解明をめざす。さらに、②酵母液胞膜を発現系としたオルガネラ膜局在性イオンチャネルの機能解析系を構築する。この成果は、真核生物に広く保存されている高浸透圧ストレス・物理的刺激をイオンチャネルによって化学シグナルに変換する環境適応機構の解明につながる。

研究成果の概要

出芽酵母液胞膜局在性陽イオンチャネルTRPY1は、高浸透圧ストレスに応答して液胞内のCa2+を細胞質に放出している。しかし、TRPY1チャネルの高浸透圧ストレス応答機構の詳細は不明である。TRPY1の活性制御に関連すると思われるタンパク質を推定するため、遺伝子破壊株コレクションを用いて高浸透圧ストレス条件において細胞質のCa2+濃度の上昇の見られない破壊株の探索を行った。その結果、複数個の遺伝子破壊株を同定した。これらの中には、液胞膜以外のオルガネラ膜局在性タンパク質が含まれており、これまでは着目されていなかった新たなTRPY1の活性制御機構の存在が示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究における成果は、他の生体膜と比較して研究が遅れているオルガネラ膜に局在性を示すイオンチャネルの活性制御機構の一端を明らかにしたことである。出芽酵母は、発酵生産環境では高浸透圧ストレスに晒されているため、高浸透圧ストレスで活性化するTRPY1の研究で得られた知見の出芽酵母の発酵生産環境への応用が期待される。さらに、TRPY1と類似のイオンチャネルは広く高等生物に保存されており、多くの疾病をも関わっていることが知られているため、これらの疾病の原因解明へのが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Current Methods to Unravel the Functional Properties of Lysosomal Ion Channels and Transporters. (2022)
  • 著者名/発表者名: Margherita Festa, Velia Minicozzi, Anna Boccaccio, Laura Lagostena, Antonella Gradogna, Tianwen Qi, Alex Costa, Nina Larisch, Shin Hamamoto, Emanuela Pedrazzini, Stefan Milenkovic, Joachim Scholz-Starke, Matteo Ceccarelli, Alessandro Vitale, Petra Dietrich, Nobuyuki Uozumi, Franco Gambale, Armando Carpaneto
  • 雑誌名: Cells. 巻: 6 号: 6 ページ: 921-921
  • DOI: 10.3390/cells11060921
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Loss of cell wall integrity genes cpxA and mrcB causes flocculation in Escherichia coli (2021)
  • 著者名/発表者名: Sugawara Keita、Toyoda Hayato、Kimura Mami、Hayasaka Shunsuke、Saito Hiromi、Kobayashi Hiroshi、Ihara Kunio、Ida Tomoaki、Akaike Takaaki、Ando Eiji、Hyodo Mamoru、Hayakawa Yoshihiro、Hamamoto Shin、Uozumi Nobuyuki
  • 雑誌名: Biochemical Journal 巻: 478 号: 1 ページ: 41-59
  • DOI: 10.1042/bcj20200723
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Evidence for potassium transport activity of Arabidopsis KEA1-KEA6. (2019)
  • 著者名/発表者名: Masaru Tsujii, Kota Kera, Shin Hamamoto, Takashi Kuromori, Toshiharu Shikanai, Nobuyuki Uozumi
  • 雑誌名: Scientific Report 巻: 9 (1), 10040 号: 1 ページ: 10040-10040
  • DOI: 10.1038/s41598-019-46463-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The mechanosensitive channel YbdG from Escherichia coli has a role in adaptation to osmotic up-shock. (2019)
  • 著者名/発表者名: Shun Amemiya, Hayato Toyoda, Mami Kimura, Hiromi Saito, Hiroshi Kobayashi, Kunio Ihara 3 , Kiyoto Kamagata 4 , Ryuji Kawabata 5 , Setsu Kato, Yutaka Nakashimada, Tadaomi Furuta, Shin Hamamoto, Nobuyuki Uozumi
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 294 (33) 号: 33 ページ: 12281-12292
  • DOI: 10.1074/jbc.ra118.007340
  • 査読あり
• [学会発表] ER 局在性陽イオン輸送体 Spo75 の欠損は酸化還元状態の乱れを引き起こす (2020)
  • 著者名/発表者名: 上原千央，柴田あすか，浜本晋，辻井雅，石丸泰寛，笠原紳，魚住信之
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム 第53回研究報告会
• [学会発表] 酵母の 4 種類の Ca2+ 輸送体の生理的役割 (2019)
  • 著者名/発表者名: 上原千央，柴田あすか，浜本 晋，笠原 紳，吉見 啓，阿部敬悦，高木智子，永田典子，魚住信之
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム 第52回研究報告会
• [学会発表] 出芽酵母の Ca2+ 輸送体 酵母 OSCAs によるストレス応答への寄与 (2019)
  • 著者名/発表者名: 上原千央，柴田あすか，浜本晋，笠原紳，魚住信之
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム 第52回研究報告会