細胞表層におけるセプチン重合・脱重合機構の解析

• 研究課題/領域番号: 20370077
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 細胞生物学
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 木下 専 名古屋大学, 理学研究科, 教授 (30273460)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• 研究課題ステータス: 完了 (2010年度)
• 配分額: 20,670千円 (直接経費: 15,900千円、間接経費: 4,770千円); 2010年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2009年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2008年度: 9,230千円 (直接経費: 7,100千円、間接経費: 2,130千円)
• キーワード: 細胞骨格 / 蛍光イメージング / 拡散障壁 / 電子顕微鏡 / 生化学 / 膜骨格 / 光退色後蛍光回復 / GTP

研究概要

セプチン系は重合性GTP結合蛋白質が構成する普遍的な細胞骨格系であるが、アクチン系・微小管系などに紛れがちなこと、遺伝子重複、適当な阻害剤がないことなどからその全貌は謎に包まれている。セプチンの重合・脱重合機構に残された問題を解明すべく、FRAPおよび電子顕微鏡技術を駆使して時空間的解析を行い、以下の結果を得た。1)セプチンのターンオーバー率はサブユニットごとに異なる。これはヘテロポリマー内の位置や他の細胞骨格分子との会合によるものと想定される。2)平均的なセプチンサブユニットのターンオーバー率は平均的なアクチン膜骨格のそれよりも2～3倍遅い。3)セプチンをRNAiで枯渇させてもアクチンのターンオーバーには影響しないが、作用機序の異なる2種のアクチン阻害剤はいずれもセプチンのターンオーバーを著明に遅延させた。このunilateralな関係は代表者らが以前報告した、アクチンストレスファイバー上での両者の相互依存性とは全く異なる。4)以上のメカニズムを解析するため、急速凍結レプリカ免疫電子顕微鏡法を用いて細胞表層のセプチンを標識したところ、アクチン膜骨格上で一様に分布してはおらず、特に分岐部、末端部、結節部、束化部に集積する傾向が見られた。これは代表者らが以前報告したように、アクチンとセプチンは直接相互作用せず、ミオシンやアニリンなどのアクチン会合分子を介して間接的にリクルートされることと符合する。5)細胞表層のセプチンは膜蛋白質GLASTのカルボキシル末端の29アミノ酸残基と相互作用することによってターンオーバー率を低下させた。以上を総合すると、アクチン膜骨格の中で相対的に安定な構成成分であるセプチンがスカフォールドないし側方拡散バリアとして機能する際の普遍的な作用メカニズムの概要を解明できた。

研究成果

• [雑誌論文] Downregulation of the Wnt antagonist Dkk2 links the loss of Sept4 and myofibroblastic transformation of hepatic stellate cells. (2011)
  • 著者名/発表者名: Atsuko Yanagida, Keiko Iwaisako, Etsuro Hatano, Kojiro Taura, Fumiaki Sato, Masato Narita, Hiromitsu Nagata, Hiroyuki Asechi, Shinji Uemoto, Makoto Kinoshita
  • 雑誌名: BBA-Molecular Basis of Disease in press.
  • NAID: 120003517932
  • 査読あり
• [雑誌論文] Entrapment of intracytosolic bacteria by septin cage-like structures (2011)
  • 著者名/発表者名: Mostowy S, Bonazzi M, Hamon MA, Tham TN, Mallet A, Lelek M, Gouin E, Demangel C, Brosch R, Zimmer C, Sartori A, Kinoshita M, Lecuit M, Cossart P.
  • 雑誌名: Cell Host & Microbe 8 ページ: 433-444
  • 査読あり
• [雑誌論文] トランスポートソームの組織化における細胞骨格系の役割 (2011)
  • 著者名/発表者名: 藤原敬広、木下専
  • 雑誌名: トランスポートソームの世界-膜輸送研究の源流から未来へ- (金井好克、竹島浩、森泰生、久保義弘 編集) ページ: 380-386
• [雑誌論文] ドーパミン神経伝達と変性におけるセプチン細胞骨格系の役割 (2011)
  • 著者名/発表者名: 木下専
  • 雑誌名: 日本神経精神薬理学会誌 巻: 未定(印刷中)
• [雑誌論文] トランスポートソームの組織化における細胞骨格系の役割 (2011)
  • 著者名/発表者名: 藤原敬広、木下専
  • 雑誌名: トランスポートソームの世界-膜輸送研究の源流から未来へ- ページ: 380-386
  • 査読あり
• [雑誌論文] Entrapment of intracytosolic bacteria by septin cage-like structures. (2010)
  • 著者名/発表者名: Mostowy S, Kinoshita M, 他12名
  • 雑誌名: Cell Host＆Microbe 巻: 8 ページ: 433-444
  • 査読あり
• [雑誌論文] セプチン細胞骨格系の機能とドーパミン神経伝達における役割 (2009)
  • 著者名/発表者名: 猪原匡史、木下専
  • 雑誌名: BRAIN and NERVE(神経研究の進歩)「大脳基底核-分子基盤から臨床まで」(川島隆太 企画、高田昌彦編集) 61巻4号4月号 ページ: 419-428
• [雑誌論文] セプチン細胞骨格の変幻自在な高次集合性と多彩な生理機能 (2009)
  • 著者名/発表者名: 木下専
  • 雑誌名: 蛋白質核酸酵素 54巻9号Review(6月22日発刊) ページ: 1150-1158
  • NAID: 40016708052
• [雑誌論文] パーキンソン病関連遺伝子Sept4 (2009)
  • 著者名/発表者名: 猪原匡史、木下専
  • 雑誌名: 日本臨床 2009年増刊号「パーキンソン病-基礎・臨床研究のアップデート」 6月28日発刊 ページ: 75-78
• [雑誌論文] セプチン細胞骨格系の機能とドーパミン神経伝達における役割 (2009)
  • 著者名/発表者名: 木下専, 猪原匡史
  • 雑誌名: BRAIN and NERVE (神経研究の進歩) 大脳基底核―分子基盤から臨床まで」(川島隆太 企画、高田昌彦編集) 4月号 61巻4号 ページ: 419-428
• [雑誌論文] セプチン細胞骨格の変幻自在な高次集合性と多彩な生理機能 (2009)
  • 著者名/発表者名: 木下専
  • 雑誌名: 蛋白質核酸酵素 Review (6月22日発刊) 54巻9号 ページ: 1150-1158
  • NAID: 40016708052
• [雑誌論文] Amoeboid T lymphocytes require the septin cytoskeleton for cortical integrity and persistent motility (2009)
  • 著者名/発表者名: Tooley AJ, Gilden J, Jacobelli J, Beemiller P, Trimble WS, Kinoshita M, Krummel MY
  • 雑誌名: Nature Cell Biology 11 ページ: 17-26
  • 査読あり
• [雑誌論文] Morphogenesis of polarized epithelia requires Sept2-mediated coupling of vesicle transport to (2008)
  • 著者名/発表者名: Spiliotis ET, Hunt S, Hu Q, Kinoshita M, Nelson WJ.
  • 雑誌名: Journal of Cell Biology 180 ページ: 295-303
  • 査読あり
• [雑誌論文] Septins as diagnostic markers for a subset of human asthenozoospermia. (2008)
  • 著者名/発表者名: Sugino Y, Ichioka K, Soda T, Ihara M, Kinoshita M, Ogawa O, Nishivarma
  • 雑誌名: Journal of Urology 180 ページ: 2706-2709
  • 査読あり
• [雑誌論文] Loss of Sept4 exacerbates liver fibrosis through the dysresulation of hepatic stellate cells. (2008)
  • 著者名/発表者名: Iwaisako K, Hatano E, Taura K, Nakjima A, Tada M, Seo S. Tamaki
  • 雑誌名: Journal of Hepatology 49 ページ: 768-778
  • 査読あり
• [雑誌論文] Submembranous septins as relatively stable components of actin-based membrane skeleton.
  • 著者名/発表者名: Akari Hagiwara, Yasuhiro Tanaka, Rie Hikawa, Nobuhiro Morone, Akihiro Kusumi, Hiroshi Kimura, Makoto Kinoshita
  • 雑誌名: Cytoskeoleton in press.
  • 査読あり
• [雑誌論文] ドーパミン神経伝達と変性におけるセプチン細胞骨格系の役割
  • 著者名/発表者名: 木下専
  • 雑誌名: 日本神経精神薬理学会誌 印刷中
• [学会発表] What is the Physiological Role of the Cdc42-Borg/Cdc42ep-Septin Pathway? (2011)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita M.
  • 学会等名: EMBO Workshop/The 4th International Septin Workshop
  • 発表場所: St.Goar, Germany
• [学会発表] Keynote Lecture : Implications of septins in neuropsychiatric disorders. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita M.
  • 学会等名: The First International Mini-Symposium on Brain Disease&Septin Research
  • 発表場所: Philadelphia, USA
  • 年月日: 2010-03-24
• [学会発表] Involvement of septins in neural development and neurotransmission. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita M.
  • 学会等名: The 1st InternationalMini-Symposium on Brain Disease&Septin Research
  • 発表場所: Philadelphia, USA
  • 年月日: 2010-03-24
• [学会発表] Implications of septins in neuropsychiatric disorders (2010)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita M.
  • 学会等名: The First International Mini-Symposium on Brain Disease&Septin Research
  • 発表場所: Philadelphia, USA
  • 年月日: 2010-03-24
• [学会発表] Flexible higher-order assembly of septin GTPases and their pathophysiological implications. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita M.
  • 学会等名: 4th Annual Symposium of Japanese-French Frontiers of Science
  • 発表場所: Poitiers, France
• [学会発表] Assembly of the septin cytoskeleton in vitro and in vivo. (2010)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita M.
  • 学会等名: The 13th Membrane Research Forum.
  • 発表場所: Kyoto, Japan
• [学会発表] Dissection of the mammalian CDC42-septin pathway with a CDC42 effector protein. (2010)
  • 著者名/発表者名: Ageta-Ishihara N, Tomonaga T, Yamazaki M, Abe M, Morita T, Kurita H, Itohara S, Watanabe M, Sakimura K, Kinoshita M.
  • 学会等名: The 50th ASCB Annual Meeting
  • 発表場所: Philadelphia, USA
• [学会発表] Presynaptic septin scaffold as a determinant of dopamine metabolism. (2009)
  • 著者名/発表者名: Yamakado H., Hikawa R., Kinoshita M.
  • 学会等名: The 4th MCCS-Asia Symposium “Unraveling Higher Brain Functions: Recent Progress with Animal Models III" “Neuro2009 Satellite Symposium"
  • 発表場所: Nagoya, Japan
  • 年月日: 2009-09-15
• [学会発表] Probing submembranous septin functions in vitro and in vivo. (2009)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita M.
  • 学会等名: Janelia Conference "Structure and Function of Septins"
  • 発表場所: Ashburn, USA
• [学会発表] Septins as a determinant of dopamine metabolism and alpha-synuclein aggregation. (2009)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita M.
  • 学会等名: International Conference “Protein folding and neurodegenerative disease"
  • 発表場所: Kyoto, Japan
• [学会発表] ASCB Session 3-Cytoskeletal Organization II (2009)
  • 著者名/発表者名: Yasuhiro Tanaka, Kinoshita M.
  • 学会等名: Coupling of the dynamic property of septins with their enzymatic activities
  • 発表場所: San Diego, USA
• [学会発表] Loss of a septin subunit exacerbates liver fibrosis through the dysregulation of hepatic stellate cells. (2008)
  • 著者名/発表者名: Iwaisako K, Hatano E, Uemoto , Kinoshita M.
  • 学会等名: The 48th Annual Meeting of the American Society for Cell Biology
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 2008-12-17
• [学会発表] Metastability and function of cortical septin polymers.Membrane dynamics and cytoskeleton. (2008)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita M.
  • 学会等名: The 60th annual meeting of Japan Society for Cell biology.
  • 発表場所: Yokohama
  • 年月日: 2008-06-30
• [学会発表] Metastability and function of cortical septin polymers. Membrane dynamics and cytoskeleton. (2008)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita M.
  • 学会等名: The 60th annual meeting of Japan Society for Cell biology.
  • 発表場所: Yokohama, Japan
  • 年月日: 2008-06-30
• [学会発表] Septin-mediated uniform bracing of phospholipids membrane. (2008)
  • 著者名/発表者名: Tanaka-Takiguchi Y, Takiguchi K, Kinoshita M.
  • 学会等名: International Symposium on Non- Equilibrium Soft Matter
  • 発表場所: Kyoto, Japan
• [学会発表] Septin cytoskeleton restrains membrane shape and the diffusion of solute carriers. (2008)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita M.
  • 学会等名: French-Japanese workshop on Water in Biological Systems
  • 発表場所: Kyoto
• [図書] Chapter 14.Role of the septin cytoskeleton for the functional organization of the plasma membrane.In Water : The Forgotten Biological Molecule(eds.D.Le Bihan and H.Fukuyama) (2010)
  • 著者名/発表者名: Makoto Kinoshita.
  • 出版者: Pan Stanford
• [図書] Chapter 14, Role of the septin cytoskeleton for the functional organization of the plasma membrane. In Water : The Forgotten Biological Molecule (2010)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita M
  • 出版者: Pan Stanford Publishing
• [図書] Insight into septin functions from mouse models. In The Septins (eds. S. E. H. Russell, J. Pringle, and P. Hall) (2009)
  • 著者名/発表者名: Kinoshita M.
  • 総ページ数: 380
  • 出版者: John Wiley & Sons.
• [備考] ホームページ等
  • URL: http://www.bio.nagoya-u.ac.jp/seminar/mb1.html