| 研究課題/領域番号 |
19K06536
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分43030:機能生物化学関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
田中 一馬 北海道大学, 遺伝子病制御研究所, 教授 (60188290)
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| 研究分担者 |
三岡 哲生 北海道大学, 遺伝子病制御研究所, 助教 (60754538)
岸本 拓磨 北海道大学, 遺伝子病制御研究所, 助教 (70585158)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2020年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2019年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
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| キーワード | 脂質非対称性 / フリッパーゼ / ゴルジ体 / 小胞輸送 / 酵母 / Type 4 P-type ATPase |
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| 研究開始時の研究の概要 |
細胞内には膜器官（オルガネラ）が存在し、これらは生体膜により形成されている。生体膜は様々な脂質が存在する脂質二重層により形成されているが、この脂質二重層間で存在する脂質の分子種が異なることが知られており、これは脂質の非対称性と呼ばれている。脂質非対称性の生理的意義は長らく不明であったが、脂質非対称性を制御するタンパク質が解明され、注目が集まっている。本研究では、ゴルジ体膜における脂質の非対称性に焦点を当てて、その生理的な役割を解明する。
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| 研究実績の概要 |
生体膜の脂質二重層では脂質が非対称に分布しているが、その生理的意義には不明な点が多い。私達は、出芽酵母をモデル系に用いて、脂質非対称性の形成に重要な役割を果たすフリッパーゼ（4型P-type ATPase）の機能に焦点を当てて解析している。一方で私達は、ゴルジ体に局在するNeo1フリッパーゼ変異の致死性を抑圧する変異遺伝子として新規のゴルジ膜タンパク質Cfs1を見出している。Cfs1は酵母からヒトまで保存されているが、機能は明らかにされていない。そこで本研究では、Neo1とCfs1が制御するゴルジ体の諸機能を明らかにすることにより、ゴルジ体膜における脂質非対称性の生理機能を解明する。本年度は次の成果を得ている。neo1 cfs1二重変異株が、1M NaClのような高塩濃度培地において増殖感受性を示すことを以前に報告していたが、イオンホメオスタシスの観点から解析を進めた。neo1 cfs1変異株における1M NaCl培地における増殖欠損は、Naイオン排出輸送体であるEna1の高発現では抑圧されなかった。加えて、ena1変異株は1M NaClに対して増殖感受性を示すものの、neo1 cfs1変異株のように細胞膜へ輸送されるタンパク質のゴルジ体への異常な蓄積は示さなかった。興味深いことに、neo1 cfs1変異株の高NaCl培地における増殖欠損とゴルジ体の異常な蓄積は、培地にKClを加えることによって抑圧されることが明らかとなった。一方で、neo1 cfs1変異株は、低KCl培地でも正常に増殖したことから、Kイオンの取り込みには欠損が無いものと考えられた。以上の結果より、neo1 cfs1変異株のゴルジ体機能は、Kイオンのホメオスタシスの乱れに対して高い感受性を示すことが明らかとなった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究ではゴルジ体膜の脂質非対称性制御の生理的意義について、酵母の遺伝学的手法を中心に用いて解析する。本研究で用いたNeo1を含めて、フリッパーゼはゴルジ体膜脂質二重層の内腔側層のリン脂質を細胞質側層へ輸送することにより膜脂質非対称性の形成を促進する。Cfs1はNeo1やDrs2フリッパーゼ欠損変異の抑圧変異として単離された遺伝子であるが，その機能については不明である。
これまでの本研究において、neo1 cfs1二重変異株が1M NaClといった高塩濃度ストレス状態においてゴルジ体から細胞膜への小胞輸送欠損を示すことを明らかにしてきた。高塩濃度が示す細胞毒性の原因の一つに細胞内 Kイオンの低下が考えられている。本年度の研究において、1M NaCl存在下におけるneo1 cfs1二重変異株の増殖欠損及びゴルジ体の機能異常が、培地へのKClの添加により抑圧されることを明らかにした。従って、neo1 cfs1株のゴルジ体は Kイオンのホメオスタシス異常に高い感受性を示すことが考えられる。Neo1がフリッパーゼであり、Cfs1がneo1変異の抑圧変異遺伝子であることから、neo1 cfs1変異株のゴルジ体膜は脂質非対称性に何らかの制御異常を有するものと考えられる。本研究により、ゴルジ体膜における脂質非対称性の正常な制御がゴルジ体の小胞輸送機能に必要であり、これは、Kイオンのホメオスタシス制御に密接に関与していることが明らかとなった。
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| 今後の研究の推進方策 |
今年度の研究により、Neo1とCfs1によって制御されるゴルジ体膜の脂質非対称性が、Kイオンのホメオスタシス制御と関連することが明らかとなった。すなわち、neo1 cfs1株におけるゴルジ体の小胞輸送機能は、細胞内 Kイオンのホメオスタシス異常に高い感受性を示す。これまでの本研究で、neo1 cfs1株におけるゴルジ体の小胞輸送機能が、ゴルジ体内外のリン酸イオン濃度変化、培地の栄養源の枯渇といった、環境変化により障害を受けることが明らかとなっている。これらの結果は、Neo1とCfs1によって制御されるゴルジ体膜の脂質非対称性制御が、ゴルジ体の様々な環境ストレスに対する応答に重要な役割を果たしていることを示唆している。ゴルジ体のストレス応答についてはこれまで殆ど研究がなされておらず、本研究を更に推進する必要がある。近年、他のグループの研究により、ゴルジ体やエンドソームで、Neo1と相互作用して小胞輸送に働くタンパク質の存在が報告されている。そこでこれらのタンパク質とCfs1との機能的相互作用について検討し、これまで本研究で見出してきたNeo1とCfs1によって制御されるゴルジ体のストレス応答との関わりについて研究を進めたいと考えている。
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