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N-ミリストイル化された膜タンパク質の発見とその機能発現機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 20K05827
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
研究機関山口大学

研究代表者

内海 俊彦  山口大学, その他部局等, 名誉教授 (20168727)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス 交付 (2023年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2022年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2021年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2020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N-ミリストイル化 / ミトコンドリアタンパク質 / 膜貫通タンパク質 / NDUFB7 / ミトコンドリア電子伝達系 / 膜タンパク質 / ANKRD22 / Lipid droplet / タンパク質N-ミリストイル化 / タンパク質脂質修飾 / タンパク質機能制御
研究開始時の研究の概要

タンパク質N-ミリストイル化は、これまで可溶性の細胞質タンパク質に生じ、膜への局在化を介して特異的機能を発現することが知られてきたが、最近我々はN-ミリストイル化が膜タンパク質の細胞内局在や機能発現にも重要な役割を果たすことを明らかにした。本研究では、まだ解析がなされていない約30個のN-ミリストイル化された膜タンパク質のうち、細胞小器官の形成や分解をはじめとする重要な生理的機能を担う膜タンパク質に注目し、これらの膜タンパク質に生ずるN-ミリストイル化の生理的機能を明らかにし、N-ミリストイル化を介した、膜タンパク質の新たな機能制御機構の全体像の解明をめざす。

研究実績の概要

膜貫通タンパク質に生じるN-ミリストイル化の機能解明を目的としたこれまでの本研究から、全ミトコンドリアタンパク質が収集されたMitoProteomeのアミノ酸配列情報をもとに、これまでに確立した手法によりN-ミリストイル化タンパク質の網羅的同定の試みを行なった結果、多数の膜貫通タンパク質を含む30個を超える候補タンパク質を見出した。
本研究ではこの中から膜貫通タンパク質と推定される3つのタンパク質を含む7つのタンパク質(CLN3,DMAC1,HCCS,MARC1,NDUFB7,NOL3,PLGRKT)についてN-ミリストイル化の有無とその機能について解析を行なった。その結果、7つのタンパク質はいずれのタンパク質も細胞での過剰発現に伴いN-ミリストイル化されるが、このうちミトコンドリアに特異的に局在するのは2つの膜タンパク質DMAC1, PLGRKTを含む4つのタンパク質(DMAC1,HCCS,NDUFB7,PLGRKT)であることが明らかになった。また、1回膜貫通型膜タンパク質と考えられるMARC1は、ミトコンドリアと小胞体の2つの細胞小器官に局在することが示された。さらにN-ミリストイル化を阻害した変異体(G2A mutant)を用いた解析から膜貫通タンパク質と推定されるDMAC1,PLGRKT,MARC1ではいずれにおいてもミトコンドリアへの移行にN-ミリストイル化は必要ではないことが示された。これに対して、可溶性タンパク質であるNDUFB7,HCCSのうちNDUFB7のミトコンドリアへの移行にはN-ミリストイル化が必要であることが明らかになった。これらの結果から、ミトコンドリア内には多数のN-ミリストイル化タンパク質が存在するが、これらのうち膜貫通型タンパク質に生ずるN-ミリストイル化はミトコンドリア局在には関与せず、他の機能を担っていることが示唆された。

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、全ミトコンドリアタンパク質データベースから見出された7つのN-ミリストイル化候補タンパク質について、そのN-ミリストイル化とその細胞内局在におけるN-ミリストイル化の役割について検討した。その結果、7つのタンパク質はいずれもN-ミリストイル化されるが、これらのタンパク質にはミトコンドリアに特異的に局在するタンパク質が4つ、ミトコンドリアと小胞体に局在するタンパク質が1つあり、ミトコンドリアタンパク質データベースに収録されたタンパク質が必ずしもミトコンドリアのみに局在しているとは限らないことが示された。このミトコンドリアに局在する5つのタンパク質についてN-ミリストイル化を阻害した変異体(G2A mutant)を用いて解析した結果、膜貫通型タンパク質と考えられる3つのタンパク質ではいずれにおいてもミトコンドリアへの移行にN-ミリストイル化は必要ではないことが示された。これに対して、可溶性タンパク質であるNDUFB7,HCCSのうちNDUFB7のミトコンドリアへの移行にはN-ミリストイル化が必要であることが明らかになった。このことは、ミトコンドリアの膜貫通型タンパク質と可溶性タンパク質ではタンパク質の細胞内局在におけるN-ミリストイル化の役割が異なる可能性を示しており、膜タンパク質に生ずるN-ミリストイル化の役割の解明を目的とした本研究の当初の目的の解明に一定の成果をもたらしたと考えている。

今後の研究の推進方策

2023年度の研究の過程でミトコンドリア外膜や内膜に局在する膜タンパク質や膜間腔タンパク質がN-ミリストイル化されていることが新たに見出された。そこで2024年度の本研究においては、これらのミトコンドリアタンパク質に生ずるN-ミリストイル化や膜貫通領域について、その細胞内局在や膜への組み込みにおける役割について解析を行う。さらにこれらの結果を、これまでに我々が見出したSAMM50, TOMM40という2つのミトコンドリア膜タンパク質に生ずるN-ミリストイル化の解析で得られた結果と比較検討を行うことで、ミトコンドリアに局在する膜タンパク質に生ずるN-ミリストイル化の役割の全体像を明らかにする。

報告書

(4件)
  • 2023 実施状況報告書
  • 2022 実施状況報告書
  • 2021 実施状況報告書
  • 2020 実施状況報告書
  • 研究成果

    (18件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (12件) (うち招待講演 1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Protein N-myristoylation plays a critical role in the mitochondrial localization of human mitochondrial complex I accessory subunit NDUFB7.2023

    • 著者名/発表者名
      Haruna Harada, Koko Moriya, Hirotsugu Kobuchi, Naotada Ishihara, Toshihiko Utsumi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 13 (1) 号: 1 ページ: 22991-22991

    • DOI

      10.1038/s41598-023-50390-z

    • 関連する報告書
      2023 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Coprinopsis cinerea dioxygenase is an oxygenase forming 10(S)-hydroperoxide of linoleic acid, essential for mushroom alcohol, 1-octen-3-ol synthesis.2022

    • 著者名/発表者名
      Takuya Teshima, Risa Funai, Takehito Nakazawa, Junya Ito, Toshihiko Utsumi, Pattana Kakumyan, Hiromi Mukai, Toyoshi Yoshiga, Ryutaro Murakami, Kiyotaka Nakagawa, Yoichi Honda, Kenji Matsui
    • 雑誌名

      The Journal of Biological Chemistry

      巻: 298(11) 号: 11 ページ: 102507-102507

    • DOI

      10.1016/j.jbc.2022.102507

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] ANKRD22 is an N-myristoylated hairpin-like monotopic membrane protein specifically localized to lipid droplets.2021

    • 著者名/発表者名
      Toshihiko Utsumi, Takuro Hosokawa, Mayu Shichita, Misato Nishiue, Natsuko Iwamoto, Haruna Harada, Aya Kiwado, Manami Yano, Motoaki Otsuka, Koko Moriya
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 11(1) 号: 1 ページ: 19233-19233

    • DOI

      10.1038/s41598-021-98486-8

    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 昆虫細胞由来無細胞タンパク質合成系を用いた脂質修飾タンパク質の網羅的解析2020

    • 著者名/発表者名
      内海俊彦
    • 雑誌名

      蚕糸-昆虫バイオテック

      巻: 89(2) ページ: 59-68

    • NAID

      130008091002

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Protein-N-myristoylation-dependent phosphorylation of serine 13 of tyrosine kinase Lyn by casein kinase 1γ at the Golgi during intracellular protein traffic2020

    • 著者名/発表者名
      Kinoshita-Kikuta Emiko、Utsumi Toshihiko、Miyazaki Aya、Tokumoto Chiharu、Doi Kyosuke、Harada Haruna、Kinoshita Eiji、Koike Tohru
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 16273-16273

    • DOI

      10.1038/s41598-020-73248-0

    • NAID

      120007169771

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 無細胞タンパク質合成系を用いた脂質修飾タンパク質の網羅的探索と機能解析2022

    • 著者名/発表者名
      内海俊彦
    • 学会等名
      日本農芸化学会中四国支部第62回講演会(例会)
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] N-ミリストイル化された膜タンパク質ANKRD22のLipid dropletへの局在におけるPro98の役割2022

    • 著者名/発表者名
      尾崎僚香, 内海俊彦
    • 学会等名
      2022年度日本農芸化学会中四国支部大会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] N-ミリストイル化依存的にミトコンドリアに特異的に局在するタンパク質NDUFB7の発見2021

    • 著者名/発表者名
      原田春菜, 岩本奈津子, 西上美里, 七田真由, 守屋康子, 小渕浩嗣, 内海俊彦
    • 学会等名
      第62回日本生化学会中国四国支部例会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] ミトコンドリア呼吸鎖複合体IアクセサリーサブユニットNDUFB7はN-ミリストイル化依存的にミトコンドリアに局在する2021

    • 著者名/発表者名
      原田春菜, 岩本奈津子, 西上美里, 守屋康子, 小渕浩嗣, 石原直忠, 内海俊彦
    • 学会等名
      第94回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実施状況報告書
  • [学会発表] N-ミリストイル化タンパク質結合因子UNC119Aと二重アシル化タンパク質との相互作用の解析2021

    • 著者名/発表者名
      岩本奈津子,守屋康子,内海俊彦
    • 学会等名
      日本農芸化学会中四国支部第58回講演会(例会)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] アポトーシス過程でN-ミリストイル化タンパク質DCUN1D3及びSTBD1に生ずるカスパーゼ切断に関する研究2021

    • 著者名/発表者名
      西上美里,吉川祐希,守屋康子,内海俊彦
    • 学会等名
      日本農芸化学会中四国支部第58回講演会(例会)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] N-ミリストイル化依存的にミトコンドリアに特異的に局在するN-ミリストイル化タンパク質の探索2021

    • 著者名/発表者名
      原田 春菜,七田 真由,守屋 康子,小渕 浩嗣,内海 俊彦
    • 学会等名
      日本農芸化学会2021年度大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] N-ミリストイル化されたミトコンドリアタンパク質の探索2020

    • 著者名/発表者名
      原田春菜, 岩本奈津子, 西上美里, 守屋康子, 小渕浩嗣, 内海俊彦
    • 学会等名
      第61回日本生化学会中国四国支部例会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] N-ミリストイル化されたmonotopic膜タンパク質ANKRD22の Lipid dropletへの局在化機構2020

    • 著者名/発表者名
      細川拓郎, 七田真由, 黄波戸亜哉, 守屋康子, 内海俊彦
    • 学会等名
      第61回日本生化学会中国四国支部例会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] N-ミリストイル化されたがん関連膜タンパク質ANKRD22は Lipid dropletに特異的に局在する2020

    • 著者名/発表者名
      七田真由, 細川拓郎, 西上美里, 岩本奈津子, 原田春菜, 黄波戸亜哉, 守屋康子, 内海俊彦
    • 学会等名
      第93回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] チロシンキナーゼ Lyn は細胞膜への輸送の過程でゴルジ体においてcasein kinase 1 γによってセリン13をリン酸化される2020

    • 著者名/発表者名
      木下恵美子, 木下英司, 内海俊彦, 小池透
    • 学会等名
      第93回日本生化学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 細胞内のタンパク質のN-ミリストイル化に依存したリン酸化反応2020

    • 著者名/発表者名
      木下恵美子,木下英司,内海俊彦,小池透
    • 学会等名
      第71回 日本電気泳動学会総会 シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [備考] 内海 俊彦

    • URL

      http://www.agr.yamaguchi-u.ac.jp/member/utsumi/index.html

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2020-04-28   更新日: 2024-12-25  

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