PINK1-Parkin経路の網羅的プロテオーム解析とミトコンドリア制御の解明

• 研究課題/領域番号: 20K06628
• 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44010:細胞生物学関連
• 研究機関: 徳島大学
• 研究代表者: 小迫 英尊 徳島大学, 先端酵素学研究所, 教授 (10291171)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2022年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 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: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
• キーワード: プロテオーム / PINK1 / Parkin / ミトコンドリア / パーキンソン病 / 質量分析 / IP-MS / AQUA / 近接ビオチン標識法 / 免疫沈降 / 絶対定量 / オートファジー / ユビキチン化 / nanobody

研究開始時の研究の概要

家族性パーキンソン病の原因遺伝子産物であるPINK1とParkinがオートファジーによって不良ミトコンドリアを除去するメカニズムの概要が最近明らかになったが、従来の研究からはその全貌が明らかにされていない。本研究では、最先端のプロテオミクス技術を用いてPINK1-Parkin経路の構成因子を網羅的に同定する。そしてPINK1とParkinの新たな相互作用因子や下流基質の機能を調べることにより、PINK1が如何にしてミトコンドリア異常を検知する分子センサーとして機能するかを明らかにする。さらにParkinがどのような分子をユビキチン化することでミトコンドリア機能を制御するかを明らかにする。

研究成果の概要

家族性パーキンソン病の原因遺伝子産物であるセリン/スレオニンキナーゼPINK1とユビキチン連結酵素Parkinが協調して損傷ミトコンドリアをオートファジーによって特異的に除去する分子機構の概要が最近明らかになった。本研究では、免疫沈降-質量分析（IP-MS）法や近接ビオチン標識（BAR）法、ターゲット質量分析（PRM）法などのプロテオーム解析によってPINK1およびParkinとの新たな相互作用因子の同定と定量を行った。そして損傷ミトコンドリアにおいて内膜のプロテアーゼによるPINK1の分解をTIM23がPINK1と相互作用することによって防いでることが示唆された。

研究成果の学術的意義や社会的意義

PINK1とParkinがオートファジーによってミトコンドリアの品質管理を行う仕組みの概要が最近明らかになったが、従来の細胞生物学や分子生物学を基盤とする研究からは、その全体像を理解する上で十分な知見が得られていなかった。本研究において複数のプロテオーム解析技術を駆使することにより、PINK1とParkinの新たな相互作用因子を多数同定することができた。そしてPINK1との新たな相互作用因子であるTIM23の損傷ミトコンドリアでの機能を明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] In vivo CRISPR screening directly targeting testicular cells (2024)
  • 著者名/発表者名: Noguchi Yuki、Onodera Yasuhito、Miyamoto Tatsuo、Maruoka Masahiro、Kosako Hidetaka、Suzuki Jun
  • 雑誌名: Cell Genomics 巻: 4 号: 3 ページ: 100510-100510
  • DOI: 10.1016/j.xgen.2024.100510
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] ALLO-1- and IKKE-1-dependent positive feedback mechanism promotes the initiation of paternal mitochondrial autophagy (2024)
  • 著者名/発表者名: Sasaki Taeko、Kushida Yasuharu、Norizuki Takuya、Kosako Hidetaka、Sato Ken、Sato Miyuki
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 15 号: 1 ページ: 1460-1460
  • DOI: 10.1038/s41467-024-45863-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] HKDC1, a target of TFEB, is essential to maintain both mitochondrial and lysosomal homeostasis, preventing cellular senescence (2024)
  • 著者名/発表者名: 1.Cui, M., Yamano, K., Yamamoto, K., Yamamoto-Imoto, H., Minami, S., Yamamoto, T., Matsui, S., Kaminishi, T., Shima, T., Ogura, M., Tsuchiya, M., Nishino, K., Layden B., Kato, H., Ogawa, H., Oki, S., Okada, Y., Isaka, Y., Kosako, H., Matsuda, N., *Yoshimori, T., *Nakamura, S.
  • 雑誌名: Proceedings of the National Academy of Sciences 巻: 121 号: 2
  • DOI: 10.1073/pnas.2306454120
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Proximity extracellular protein-protein interaction analysis of EGFR using AirID-conjugated fragment of antigen binding (2023)
  • 著者名/発表者名: Yamada Kohdai、Shioya Ryouhei、Nishino Kohei、Furihata Hirotake、Hijikata Atsushi、Kaneko Mika K.、Kato Yukinari、Shirai Tsuyoshi、Kosako Hidetaka、Sawasaki Tatsuya
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 号: 1 ページ: 8301-8301
  • DOI: 10.1038/s41467-023-43931-7
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Extracellular calcium functions as a molecular glue for transmembrane helices to activate the scramblase Xkr4 (2023)
  • 著者名/発表者名: Zhang Panpan、Maruoka Masahiro、Suzuki Ryo、Katani Hikaru、Dou Yu、Packwood Daniel M.、Kosako Hidetaka、Tanaka Motomu、Suzuki Jun
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 号: 1 ページ: 5592-5592
  • DOI: 10.1038/s41467-023-40934-2
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] TIM23 facilitates PINK1 activation by safeguarding against OMA1-mediated degradation in damaged mitochondria (2023)
  • 著者名/発表者名: Shiori Akabane, Kiyona Watanabe, Hidetaka Kosako, Shun-ichi Yamashita, Kohei Nishino, Masahiro Kato, Shiori Sekine, Tomotake Kanki, Noriyuki Matsuda, Toshiya Endo, Toshihiko Oka
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 42 号: 5 ページ: 112454-112454
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2023.112454
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] VGLL3 is a mechanosensitive protein that promotes cardiac fibrosis through liquid-liquid phase separation (2023)
  • 著者名/発表者名: Horii Yuma、Matsuda Shoichi、Toyota Chikashi、Morinaga Takumi、Nakaya Takeo、Tsuchiya Soken、Ohmuraya Masaki、Hironaka Takanori、Yoshiki Ryo、Kasai Kotaro、Yamauchi Yuto、Takizawa Noburo、Nagasaka Akiomi、Tanaka Akira、Kosako Hidetaka、Nakaya Michio
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 14 号: 1 ページ: 1-19
  • DOI: 10.1038/s41467-023-36189-6
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Binding of LAG-3 to stable peptide-MHC class II limits T?cell function and suppresses autoimmunity and anti-cancer immunity (2022)
  • 著者名/発表者名: Maruhashi Takumi、Sugiura Daisuke、Okazaki Il-mi、Shimizu Kenji、Maeda Takeo K.、Ikubo Jun、Yoshikawa Harunori、Maenaka Katsumi、Ishimaru Naozumi、Kosako Hidetaka、Takemoto Tatsuya、Okazaki Taku
  • 雑誌名: Immunity 巻: - 号: 5 ページ: 912-924
  • DOI: 10.1016/j.immuni.2022.03.013
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Cell cycle-specific phase separation regulated by protein charge blockiness (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamazaki H、Takagi M、Kosako H、Hirano T、Yoshimura SH.
  • 雑誌名: Nature Cell Biology 巻: - 号: 5 ページ: 625-632
  • DOI: 10.1038/s41556-022-00903-1
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Optimized Workflow for Enrichment and Identification of Biotinylated Peptides Using Tamavidin 2-REV for BioID and Cell Surface Proteomics (2022)
  • 著者名/発表者名: Nishino Kohei、Yoshikawa Harunori、Motani Kou、Kosako Hidetaka
  • 雑誌名: Journal of Proteome Research 巻: 21 号: 9 ページ: 2094-2103
  • DOI: 10.1021/acs.jproteome.2c00130
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Golgi-resident protein ACBD3 concentrates STING at ER-Golgi contact sites to drive export from the ER (2022)
  • 著者名/発表者名: Motani Kou、Saito-Tarashima Noriko、Nishino Kohei、Yamauchi Shunya、Minakawa Noriaki、Kosako Hidetaka
  • 雑誌名: Cell Reports 巻: 41 号: 12 ページ: 111868-111868
  • DOI: 10.1016/j.celrep.2022.111868
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Identification and validation of new ERK substrates by phosphoproteomic technologies including Phos-tag SDS-PAGE (2022)
  • 著者名/発表者名: Yoshikawa Harunori、Nishino Kohei、Kosako Hidetaka
  • 雑誌名: Journal of Proteomics 巻: 258 ページ: 104543-104543
  • DOI: 10.1016/j.jprot.2022.104543
  • 査読あり
• [雑誌論文] Identification of an endoplasmic reticulum proteostasis modulator that enhances insulin production in pancreatic β cells (2022)
  • 著者名/発表者名: Miyake Masato、Sobajima Mitsuaki、Kurahashi Kiyoe、Shigenaga Akira、Denda Masaya、Otaka Akira、Saio Tomohide、Sakane Naoki、Kosako Hidetaka、Oyadomari Seiichi
  • 雑誌名: Cell Chemical Biology 巻: 7 号: 6 ページ: 996-1009
  • DOI: 10.1016/j.chembiol.2022.01.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] A proximity biotinylation-based approach to identify protein-E3 ligase interactions induced by PROTACs and molecular glues (2022)
  • 著者名/発表者名: Yamanaka Satoshi、Horiuchi Yuto、Matsuoka Saya、Kido Kohki、Nishino Kohei、Maeno Mayaka、Shibata Norio、Kosako Hidetaka、Sawasaki Tatsuya
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 13 号: 1 ページ: 183-183
  • DOI: 10.1038/s41467-021-27818-z
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Caspase cleavage releases a nuclear protein fragment that stimulates phospholipid scrambling at the plasma membrane (2021)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Maruoka, Panpan Zhang, Hiromi Mori, Eiichi Imanishi, Daniel M Packwood, Hiroshi Harada, Hidetaka Kosako, Jun Suzuki
  • 雑誌名: Mol Cell 巻: 81 (7) 号: 7 ページ: 1397-1410
  • DOI: 10.1016/j.molcel.2021.02.025
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Mammalian BCAS3 and C16orf70 associate with the phagophore assembly site in response to selective and non-selective autophagy (2021)
  • 著者名/発表者名: Kojima W, Yamano K, Kosako H, Imai K, Kikuchi R, Tanaka K, Matsuda N
  • 雑誌名: Autophagy 巻: - 号: 8 ページ: 1-26
  • DOI: 10.1080/15548627.2021.1874133
  • NAID: 120007174412
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] The ubiquitination-deubiquitination cycle on the ribosomal protein eS7A is crucial for efficient translation (2021)
  • 著者名/発表者名: Takehara Yuka、Yashiroda Hideki、Matsuo Yoshitaka、Zhao Xian、Kamigaki Akane、Matsuzaki Tetsuo、Kosako Hidetaka、Inada Toshifumi、Murata Shigeo
  • 雑誌名: iScience 巻: 24 号: 3 ページ: 102145-102145
  • DOI: 10.1016/j.isci.2021.102145
  • NAID: 120007182109
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] BioID screening of biotinylation sites using the avidin-like protein Tamavidin 2-REV identifies global interactors of stimulator of interferon genes (STING) (2020)
  • 著者名/発表者名: Motani Kou、Kosako Hidetaka
  • 雑誌名: Journal of Biological Chemistry 巻: 295 号: 32 ページ: 11174-11183
  • DOI: 10.1074/jbc.ra120.014323
  • NAID: 120007132263
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] 先端プロテオーム解析技術を用いた生体内蛋白質間相互作用の大規模解析 (2022)
  • 著者名/発表者名: 小迫 英尊
  • 学会等名: 第22回日本蛋白質科学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Global interactome analysis in living cells using advanced proteomic technologies (2021)
  • 著者名/発表者名: Kosako Hidetaka
  • 学会等名: 第44回 日本分子生物学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] 最先端プロテオミクス技術を用いた疾患に関与するシグナル伝達機構の解明 (2020)
  • 著者名/発表者名: 小迫 英尊
  • 学会等名: 第93回日本生化学会大会
  • 招待講演
• [備考] タンパク質分解誘導剤依存的な相互作用解析技術の開発のホームページ
  • URL: https://www.tokushima-u.ac.jp/fs/3/5/6/7/4/0/_/sasikae.pdf